在制造256階諧衍射透鏡時，將厚度為7μm的光致抗蝕劑涂覆到石英玻璃的表面上。使用激光在抗蝕劑上繪制256階浮雕。單個透鏡的制作時間大約需要半個小時。通過極其精確的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字圖像處理來完成圖像失真補(bǔ)償。

俄羅斯薩馬拉國立研究大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊正在開發(fā)一種基于高分辨率星載成像儀的超輕型衍射光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可將光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量降低100倍。

研究人員開發(fā)出制造256階諧衍射透鏡的技術(shù)和重建所獲圖像的算法。這個由該大學(xué)超級計算機(jī)和通用信息學(xué)系的研究小組研發(fā)的光學(xué)元件的質(zhì)量僅為5克，可取代復(fù)雜龐大的透鏡和反射鏡系統(tǒng)，類似于焦距300毫米、質(zhì)量500克的遠(yuǎn)攝鏡頭。

諧波光學(xué)元件是一種衍射光學(xué)元件，特征尺寸的深度是設(shè)計波長的數(shù)倍（諧波衍射元件的另一個例子，參見“諧波光學(xué)元件簡化藍(lán)光光學(xué)器件”）。

質(zhì)量僅有幾克

研究人員Artem Nikonorov指出，質(zhì)量僅為幾克的超輕型衍射光學(xué)系統(tǒng)為無人機(jī)、大氣探測器和納米衛(wèi)星的研究開辟了新的可能性。

現(xiàn)代批量照片和遠(yuǎn)攝透鏡需要大量的光學(xué)元件（12個或更多）補(bǔ)償由鏡頭像差引起的圖像失真。相反，新的超輕諧波透鏡采用數(shù)字處理補(bǔ)償這些像差。

為此而開發(fā)的計算重建包括圖像的色彩校正和利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）消除的色彩模糊。研究人員的測試結(jié)果表明，以這種方式恢復(fù)的圖像質(zhì)量與從消費者相機(jī)和移動電話獲得的圖像質(zhì)量相當(dāng)。

基于CNN重建一個圖像的時間約為1秒。

薩馬拉大學(xué)的科學(xué)家們提出諧衍射光學(xué)系統(tǒng)能夠提供18米的分辨率，用于從納米衛(wèi)星勘測地球表面；相比之下，目前市場上與其相當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)提供的是40米的分辨率。

此外，使用超輕諧波透鏡和基于CNN的圖像重建技術(shù)使科學(xué)家們能夠在實際圖像中將峰值信噪比（PSNR）提高到26dB。 “五年前，使用衍射透鏡獲得高分辨率彩色圖像似乎是一個遙遠(yuǎn)的目標(biāo)。然而，我們的研究結(jié)果證明了使用光衍射光學(xué)系統(tǒng)的前景”研究人員Artem Nikonorov指出。

未來，薩馬拉大學(xué)的研究人員將努力克服圖像中的強(qiáng)像差。為了解決這個問題，他們計劃改進(jìn)制造超輕透鏡的技術(shù)以及圖像重建方法，以提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重建的性能。