新型部分相干单向成像系统增强了视觉数据传输
发布时间：2024-10-29 11:22:44 阅读数： 297
单向衍射处理器在从视场 A 到视场 B 的前向传播方向（以蓝线表示）传输高质量图像，同时在从视场 B 到视场 A 的后向传播方向（以棕色线表示）有效地阻碍图像形成。加州大学洛杉矶分校（UCLA）的一组研究人员公布了光学成像技术的一项新进展，此技术能够显著提升视觉信息处理和通信系统。该项研究发表于《Advanced Photonics Nexus》杂志。新系统基于部分相干单向成像，提供了一个紧凑且高效的解决方案，可在一个方向上传输视觉数据，同时阻止反向传输。
这项创新技术由 Aydogan Ozcan 教授及其跨学科团队主导，旨在有选择性地在一个方向上传输高质量图像，即从视场 A 到视场 B，而从相反方向（从 B 到 A）则故意使图像扭曲。这种非对称图像传输可能会对隐私保护、增强现实以及光通信等领域产生广泛影响，为管理视觉光学信息的处理和传输方式赋予了新的功能。部分相干光下的单向成像新系统解决了光学工程中的一个难题：如何控制光的传输，使得在一个方向上成像清晰，而在相反方向上阻挡成像。以往针对单向波传输的解决方案常常依赖于复杂的方法，例如时间调制、非线性材料或者全相干照明下的高功率光束，这限制了它们的实际应用。
相较而言，加州大学洛杉矶分校的这项创新利用部分相干光在正向（A 到 B）实现高图像质量和高能效，而在反向（B 到 A）故意引入失真并降低能效。“我们设计了一组空间优化的衍射层，它们与部分相干光相互作用，以推动这种不对称传输，”Ozcan 博士阐释道。“该系统能够有效地与 LED 等常见照明光源协同工作，使其适用于各种实际应用。”
该技术的概念说明
深度学习在光学设计领域的应用带来了显著发展。其中一个关键发展点在于利用深度学习开展构成单向成像系统的衍射层的物理设计。加州大学洛杉矶分校的研究团队针对这些衍射层的部分相干光进行了优化，所优化的相干光其相位相关长度超过光波长的 1.5 倍。这种精细的优化举措保障了系统能可靠地实现单向图像传输，即便光源的相干性有所不同也不受影响。
每个成像仪都具备紧凑的结构，其轴向跨度小于 75 个波长，并且设计不依赖于偏振。在设计流程中运用的深度学习算法，有助于保证系统在正向维持较高的衍射效率，同时在反向抑制成像。
研究人员通过实验证实，他们所研发的系统在不同的图像数据集以及照明条件下，都能保持稳定的性能表现，展现出对光相干性变化的良好适应性。Ozcan 博士指出：“我们的系统令人振奋的特性之一，就是它能够对不同类型的输入图像和光属性进行归纳。” 展望后续发展，研究人员打算将单向成像仪的应用拓展至光谱的不同部分，包括红外和可见光范围，同时探索各种不同类型的光源。这些进步有望突破成像和传感领域现有的界限，从而开启一系列新的应用和创新。比如在隐私保护方面，该项技术可防止敏感信息从意想不到的角度被窥探。类似地，增强现实和虚拟现实系统可以运用这种技术来控制信息向不同观众的显示方式。奥兹坎博士进一步补充道：“这项技术有可能对多个领域产生影响，在这些领域中，对视觉信息流动的控制至关重要。其紧凑的设计以及与广泛使用的光源的兼容性，使其在集成到现有系统方面极具潜力。”
这项研究是由加州大学洛杉矶分校电气与计算机工程系和加州纳米系统研究所（CNSI）的一个跨学科团队共同开展的。
