发布时间：2022-04-22
2022年4月13日，金沙威尼斯欢乐娱人城2018级物理拔尖计划2.0人才培养基地本科生马志远以第一作者在Micromachines杂志上发表论文“基于光束加速和旋转切换的可重构超透镜实现三维深度成像”(“Reconfigurable Metalens with Phase-Change Switching between Beam Acceleration and Rotation for 3D Depth Imaging”)，Micromachines期刊被Scopus、SCIE (Web of Science)和PubMed等众多数据库收录，主要聚焦微纳结构、光系统、应用物理方向的科学和技术。
随着人工智能领域的快速发展，深度成像在诸多应用场景中发挥重要的作用，如机器人避障、产品质量检测、无人驾驶和人脸识别。传统深度相机存在体积重量大、系统设计复杂、采集耗时长等局限，难以满足小型化、集成化、智能化的发展需求。马志远利用Ge2Sb2Te5（GST）相变材料设计了一种功能可重构的超透镜用于深度成像，分别在GST的晶态和非晶态下实现了深度敏感的双螺旋（DH）点扩散函数（PSF）和深度不敏感的扩展景深（EDOF）PSF，再利用反卷积算法重建出清晰的场景和相应的深度图像。该方法通过一对互补的PSF分别产生聚焦加速和旋转光束，并将其集成在一个超透镜中，在仿真模拟中实现了3.5 cm~13.5 cm的工作深度范围，具有紧凑、快速、无视差的优点。
文章首先针对单一物体场景进行了深度成像模拟。通过对EDOF超透镜图像应用反卷积算法，可以重建出清晰的校徽图像。再将重建图像与DH超透镜图像反卷积，得到不同深度下校徽对应的DH-PSF。最后根据PSF焦点的旋转角度估计物体深度，获得相应的深度图像。如图所示，模拟了五个不同深度校徽的成像效果，深度误差仅为3.42%。
此外还针对两个具有深度不同的离轴物体场景进行了模拟。在多目标场景的深度估计中，主要依赖于图像分割来分别处理子图像。针对子图像使用与上述同样的方法，重建了双物体场景的深度图像。
马志远于2021年8月进入程鑫彬教授和王占山教授课题组，学习了微纳光学基础理论、数值仿真方法、光学成像等相关知识，研究了基于相变材料GST的主动调控超透镜和深度成像应用。论文通讯作者为金沙威尼斯欢乐娱人城精密光学工程技术研究所博士后董思禹，该研究获得了包括国家自然科学基金项目、上海市数字光学前沿科学研究基地等支持。
