导读
新加坡南洋理工大学的科学家们开辟 出一种新型摄像头技巧 ，无需镜头和滤色镜，就可以拍出清楚 的彩色图像。
背景
传统的成像体系 ，例如智妙手 机和数码相机，是采取 由玻璃或者塑胶制成的透镜捕获 光线，并将光线引导 到滤色镜和摄像头传感器上，从而获取清楚 的彩色图像。然而为磨砂玻璃贴图了改正 像差，形成无缺点 、清楚 、完全 的图像，镜头部分 往往须要 由一系列的透镜组合而成。
（图片来源 磨砂玻璃贴图：维基百科）
（图片来源 ：苹果公司）
这么多的透镜占据 了相对较大的空间，摄像头成为智妙手 机等数码产品 身上最凸出的部分 ，不仅影响产品 美不雅 ，同时也轻易 招致毁伤 。此外，镜头须要 经由 慎密 制造 加工，价格 也会变得很昂贵。
然而，科技立异 为磨砂玻璃贴图我们燃起了新欲望 。“无镜头”的成像技巧 ，让我们看到了智妙手 机和数码相机等成像设备 中的镜头被代替 的美好 前景 。接下来，让我们来看几个典范 案例：
1）日今天 立公司开辟 的完全 “无镜头”的相机技巧 ，其核心 技巧 点就是采取 摩尔纹道理 的成像技巧 ，并且 在拍摄后调剂 影像的对焦。
（图片来源 ：日立）
2）美国加州理工学院开辟 的超薄“光学相控阵”（Optical Phased Array），代替 原有的透镜组，处理 入射光线并且 捕获 图像。
（图片来源 ：加州理工学院）
3）美国莱斯大学开辟 的“无镜头”的超薄荧光鲜 微镜“FlatScope”。
（图片来源 ：Jeff Fitlow/莱斯大学）
立异
今天，我再为人人 介绍一项“无镜头”的成像技巧 。新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）的科学家们开辟 出一种新型摄像头技巧 ，无需镜头和滤色镜，就可以拍出清楚 的彩色图像。
（图片来源 ：南洋理工大学）
团队受到了 NTUitive 和 LUX Photonics Consortium 的支撑 ，并且 受到了业内人 士和潜在采取 者的高度存眷 ，期望在目力 改正 和化学感知范畴 持续 开辟 这项技巧 。这项立异 登载 在2017年10月《Optica 》期刊的封面上。
研究 人员已经由过程 新加坡南洋理工大学立异 中间 （NTUitive）为这项新技巧 申请了专利，研究 团队也期望寻找工业合作伙伴，将这项技巧 用于实际 世界的应用 中。
NTU 电气与电子工程学院助理传授 、这项研究 领头人 Steve Cuong Dang和磨砂玻璃贴图他的研究 人员 Sujit Kumar Sahoo 博士、Tang Dongliang 博士，花了一年时光 进行了这个跨学科项目标 研发。
（图片来源 ：南洋理工大学）
技巧
科学家们只采取 了一片毛玻璃和一个单色传感器，就制造 出一幅多色彩 的图像。他们经由过程 “逆向工程”，处理 毛玻璃粗拙 不平 整的半透明外面 散射的光线，获取到投射在它上面的原始图像。
（图片来源 ：参考材料 【2】）
因为不合 波长的光线被毛玻璃散射的情况 不合 ，NTU 科学家们设计了一个重构图像的算法。为此，他们设计了与每种波长的光线相干 的“散斑图案”（'speckle patterns）库，这些光线也包含 那些对于肉眼弗成 见的红外线和紫外线。
（图片来源 ：参考材料 【2】）
价值
这项立异 经由过程 毛玻璃代替 透镜和滤色镜，有望应用 于小型摄像头和智妙手 机，让它们加倍 轻薄。
Dang 传授 表示 ，他们的新型成像技巧 将赞助 改良 生物医学和科学应用 中的成像，以及为其他家当 打开新的大门。Dang 传授 解释 道：“我们的技巧 也可以重构对于肉眼弗成 见的多个波段的光线，例如红外线和紫外线，它们会用于医学、监控和天体物理学，也可以用于重构在微不雅 程度 上拍摄的图像。”
“我们的多光谱成像技巧 应用 单色（黑和白）摄像头，外加一片简单 的毛玻璃，相对于市场上现有的多光谱摄像头来说异常 经济实惠。”
“我们摄像头的独特 功能 是，它可以捕获 任何频谱范围 的光线，不像市场上现有的摄像头是预先设置好的。它也很少像传统摄像头一样受到光学对准 问题的影响，因为它不含活动 部件和聚焦光学元件。”
NTU 电气和电子工程学院主席 Yoon Soon Fatt 传授 表示 ，这是包含 物理学和光子学的跨学科研究 的立异 成果 。Yoon 传授 表示 ，“光线与物体的交互是若何 跟着 波长变更 而变更 ，所以我们的科学家必须 创造 性的思虑 问题，设计出一个不限于典范 的红、绿、蓝光谱的摄像头。对于采取 先辈 光子学研究 改良 诊断、感知和监控方面的技巧 来说，这项研究 是一个典范 。”
论文的第一作者 Sahoo 博士表示 ：“我们的技巧 实用 于其他很多 应用 范畴 。例如，它可以用于食物 安然 ，或人 可以拍一张有关生果 或者肉类的特定光谱照片，寻找与导致腐烂 的化学或者细菌活动 相干 的斑点 。”
研究 团队采取 这项技巧 区分两杯不合 的苹果汁，它们对于肉眼来说没有什么差别 ，然则 不合 的光谱却可以表示 出它们在成分或者新鲜 程度 上的差别 。
这项技巧 也可以用于刑侦学，当摄像头调谐到可以捕获 宽频谱时，包含 近红外线和紫外线时，也可以揭示出平常 情况 下弗成 见的线索和证据。
这种多光谱成像技巧 结合 了视觉技巧 和光谱学的优势，只需一幅快照图片和一个计算 算法，就可以在异常 高的速度下进行多项分析 。
关键 字
摄像头、成像、镜头、光学、传感器
参考材料
【1】http://media.ntu.edu.sg/NewsReleases/Pages/newsdetail.aspx?news=426edb4e-b38d-410a-9f53-030d4cd c3
【2】Sujit Kumar Sahoo, Dongliang Tang, Cuong Dang. Single-shot multispectral imaging with a monochromatic camera. Optica, 2017; 4 (10): 1209 DOI: 10. 4/OPTICA.4.001209