受生物启发的超薄阵列相机可捕获超分辨率图像

自然界中生物视觉系统的独特结构启发了科学家设计超紧凑型成像系统。由郑基勋教授领导的研究小组制造了一款超紧凑型相机，可以捕获高对比度和高分辨率的图像。该相机完全封装了微光学元件，例如倒置微透镜，多层针孔阵列和图像传感器上的间隙垫片，其总光道长度为740μm，视野范围为73°。

受纸黄蜂物种Xenos peckii的眼睛结构的启发，该研究小组完全抑制了微透镜之间的光学噪声，同时减小了相机的厚度。该相机已成功演示了从微型微透镜获得的高对比度清晰阵列图像。为了进一步提高捕获图像的图像质量，该团队通过超分辨率成像将排列的图像组合为一张图像。

昆虫的复眼具有出色的视觉特性，例如宽视角，高运动灵敏度和大景深，同时保持了小焦距的小视觉结构。其中，Xenos peckii的眼睛和在黄蜂上发现的内寄生虫在一个晶状体中具有数百个感光体，这与传统的复眼不同。特别是，成年Xenos peckii的眼睛结构在单个孔眼上具有数百个感光器，并为超薄相机或成像应用提供了工程灵感，因为它们比其他复眼具有更高的视敏度。

例如，Xenos peckii的以眼睛为灵感的相机提供的空间分辨率比节肢动物的眼睛高50倍。此外，利用相邻小孔之间的图像重叠，可以进一步提高Xenos peckii眼睛的有效图像分辨率。这种独特的结构提供了比其他昆虫眼睛更高的视觉分辨率。

该团队通过新颖的微光学元件阵列设计实现了高对比度和超分辨率成像，该设计包括直接堆叠在图像传感器上的多层孔径阵列和倒置微透镜阵列。该光学部件与互补金属氧化物半导体图像传感器集成在一起。

这是超分辨率成像的首次演示，该超高分辨率成像可从高对比度阵列图像中获取具有高对比度和高分辨率的单个集成图像。预计该超薄阵列相机可用于进一步开发移动设备，高级监视车辆和内窥镜。

郑教授说：“这项研究带动了成像技术的技术进步。我们将继续努力，从自然光子结构中寻找灵感，对微技术和纳米技术领域的多学科研究项目产生重大影响。”