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澳彩网网注册登录|MIT巧妙开发“时间折叠光学元件”开启光学成像新纪元

时间:2021-02-13
本文摘要:麻省理工大学(MASSA CHU-SETTTIINTITITITITTITTTITTITOFTEECNLLL7 该元件基于光学元件中光线的光线时间来猎取图像,代替依赖于光学元件排序的传统方法。研究人员说,这一新的光学原理是时间/深度照相机关闭了传统摄影光学元件看不到的新世界。MIT研究者作为“条纹照相机”的超高速传感器,设计了能够判别不同光脉冲图像的新光学元件。 现在,条纹相机和其他超高速相机被用作每秒拍摄1万帧的影像、扫描开口、获取3D场景的深度图等其他应用。

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麻省理工大学(MASSA CHU-SETTTIINTITITITITTITTTITTITOFTEECNLLL7 该元件基于光学元件中光线的光线时间来猎取图像,代替依赖于光学元件排序的传统方法。研究人员说,这一新的光学原理是时间/深度照相机关闭了传统摄影光学元件看不到的新世界。MIT研究者作为“条纹照相机”的超高速传感器,设计了能够判别不同光脉冲图像的新光学元件。

现在,条纹相机和其他超高速相机被用作每秒拍摄1万帧的影像、扫描开口、获取3D场景的深度图等其他应用。这样的照相机拍摄依赖于现有的光学元件的图像,因此不存在各种设计允许。例如,以毫米或厘米为单位的调焦镜头,如果镜头和光学传感器的距离不在等效焦距以下就不能拍摄图像,这意味着著镜头必须很长。MIT媒体实验室(MITMediaLab )的研究者最近在NaturePhotonics上发表的论文明确提出了光信号在镜头系统内准确定位的镜子之间往返于光的新技术。

慢的光学传感器可以在每个光时间捕获不同的图像,每个图像可以在不同的时间点和从透镜光学输出对应于不同距离的一系列图像。此外,每个图像都在特定的时间被采访。MIT研究者称这种技术为“时间紧固件光学元件(timefoldedoptics )”。

本论文的第一作者BarmakHeshmat说:“如果握住缓慢的传感器照相机判别通过光学元件的光,就可以利用时间交换空间。这是“时间文件夹”的核心思想。这时看到光,光传播的时间等于与光源的距离。因此,可以用新的方法重新排列光学元件,构筑与以往无与伦比的拍摄场景。

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》新的光学元件架构还包括一组半反射型平行镜,用于增加镜子之间的光焦距和“拉链”。研究者通过在透镜和传感器之间配置一组镜子,可以在不影响图像捕获的情况下,将光学元件的排列距离减少1位。

这项研究展示了时间拉链光学元件在超高速照相机和其他深度感觉光学元件中的三种方式。这样的照相机也被称为“飞行中时间(ToF )”照相机,为了推定3D场景的深度,起着测定光脉冲从场景灯出来返回传感器的时间的作用。本文的共同作者还包括MIT计算机科学与人工智能实验室(MITCPTERRSCIENCEARTICICICIAICICIALIIICICIICIAL intelligencelaboratory )的研究生MAT 原理分析:将光路换算成时间这项研究的光学系统要素可以在场景中感知飞秒激光脉冲(1飞秒=1千兆分之一秒),照射对象物。

现有摄影光学元件的光学原理是光通过曲面玻璃时,光信号的形状发生变化,这种形状的变化可以在传感器上制作图像。但是,该研究中的光学元件的原理不是使光信号进入传感器,而是通过使光在镜子之间往返,来正确地猎取和反射光。研究者把其中的光分别称为“往返”。每次“往返行程”,传感器都不会以特定的时间间隔猎取光线。

例如,原作每30纳秒拍摄一纳秒。本研究的重要想法是,光的每个“往返行程”都将焦点模拟为镜头,传感器根据焦点的位置来捕获图像。由此,可以大幅增大透镜尺寸。

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例如,条纹照相机想捕获以往镜头的望远图像:利用时间拉链光学元件,在最初的“往复行程”中聚焦于与附近镜头的镜组的距离的2倍,之后,在每个“往复行程”中逐渐靠近焦点和镜头。最后根据来往次数计算距离,所以传感器可以放在离镜头很近的地方。如果把传感器放在由整体“来往行程”确认的正确焦点上,照相机会有不同的清晰图像和光信号阶段,所有的图像都有不同的时间码,随着信号改变形状,会生成图像。

在这篇论文中,研究者在飞秒光脉冲光学上刻上“MIT”的掩模,证明了掩模离镜头开口53厘米。传统的20cm焦距镜头需要在离传感器近32cm的地方捕获图像。与此相对,时间拉链光学元件可以经过5次“往返行程”以图像为焦点进行研究,与传感器的距离仅为3.1厘米。

传统镜头改良后的镜头,长度大幅缩短的Heshmat指出,该研究相对于设计更灵活的望远镜镜头来捕获来自宇宙的超高速信号、设计更小型轻量的镜头来拍摄地球表面非常简单。


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