研究人員利用噴墨打印技術制造出了一種緊湊型多光譜光場相機。這種相機可以放在手掌中，可用于自動駕駛、回收材料分類和遙感等多種應用。三維光譜信息對于物體和材料的分類非常有用；然而，從場景中捕捉三維空間和光譜信息通常需要多個設備或耗時的掃描過程。新型光場相機通過在一張快照中同時獲取三維信息和光譜數據，解決了這一難題。來自德國卡爾斯魯厄理工學院的研究團隊負責人Uli Lemmer說：“據我們所知，這是最先進的集成版多光譜光場相機。我們將它與用于重建場景深度和光譜特性的新人工智能方法相結合，創建了一個用于獲取三維信息的先進傳感器系統?！?/span>研究人員在《光學快報》（Optics Express）雜志上報告說，新相機和圖像重建方法可用于根據光譜特性區分場景中的物體。利用噴墨打印技術制造相機的關鍵光學元件，可以方便地進行定制或大批量制造。研究團隊成員Michael
Heizmann說：“從相機圖像中重建的三維數據正在虛擬現實和增強現實、自動駕駛汽車、機器人、智能家居設備、遙感和其他應用中得到廣泛應用。例如，這項新技術可以讓機器人更好地與人類互動，或提高回收材料分類和分離的準確性。它還有可能用于對健康和患病組織進行分類?！?/span>
噴墨打印用于在超薄顯微鏡載玻片的一側沉積單個材料液滴，形成單個透鏡（i）。固化（ii）后，在顯微鏡載玻片的另一面（iii）上打印出完全對齊的彩色濾光片陣列。由此產生的光學元件被直接集成到 CMOS 相機芯片上，并放置在相機外殼中 (iv)。光場照相機又稱全光學照相機，是一種專門的成像設備，可以捕捉光線的方向和強度。采集圖像后，通過計算處理從采集的數據中重建三維圖像信息。這些相機通常使用與高分辨率相機芯片像素對齊的微透鏡陣列。
為了制造多光譜光場相機，研究人員使用噴墨打印技術在超薄顯微鏡載玻片的一側沉積形成每個獨立透鏡的單滴材料，然后在顯微鏡載玻片的另一側打印完全對齊的彩色濾光片陣列。由此產生的光學元件被直接集成到
CMOS 相機芯片上。噴墨打印方法允許光學元件之間精確對齊，大大降低了制造復雜性，提高了效率。由于這種設置產生的光譜和深度信息在相機圖像中交織在一起，研究人員開發出了分離每個組件的方法。他們發現，基于深度學習的方法最適合直接從獲取的測量結果中提取所需的信息。
研究人員使用新型相機和深度學習方法，以不同顏色通道（偽色表示）生成了這些重建視圖。論文第一作者Qiaoshuang Zhang說：“只有將制造、系統設計和基于人工智能的圖像重建等方面的最新進展結合起來，才有可能應對創建多光譜光場相機的挑戰。這項工作推動了噴墨打印——一種具有高精度和工業可擴展性的多功能方法，在制造光子元件方面的應用?！?/span>研究人員通過記錄一個測試場景對相機進行了測試，該場景包含不同距離的多色三維物體。圖像重建算法在許多合成和真實的多光譜圖像上進行了訓練和測試。結果表明，原型相機可以同時獲取三維空間和光譜信息，并且可以在一張快照中通過不同的光譜組成和深度信息對不同的物體進行成像和區分。現在，他們已經完成了第一個概念驗證，研究人員正在探索具有獲取多光譜信息能力的光場照相機可能有用的各種應用。論文鏈接：
https://dx.doi.org/10.1364/OE.521646
