完全摆脱透镜限制，创新光学系统实现可见光合成孔径成像

科技日报记者 张佳欣

美国康涅狄格大学研究团队研制出一种创新成像系统，利用多个传感器阵列结合计算方法，在可见光波段实现了合成孔径成像。这种“多尺度孔径合成成像仪”（MASI）完全摆脱了透镜限制，克服传统光学系统在分辨率、视场和结构复杂度方面的局限。该方法或将重新定义科学、医学和工业领域的光学成像方式。相关成果发表于最新一期《自然·通讯》。

基于无透镜MASI的计算3D测量与透视视图合成图片来源：《自然》网站

合成孔径成像技术因应用于事件视界望远镜、首次直接拍摄黑洞而广为人知。该方法通过将多个分离探测器采集的数据进行相干叠加，等效构建出一个远大于单一设备的“虚拟孔径”。在射电天文学中，由于射电波长较长，多传感器之间实现精确同步在技术上是可行的。但在可见光波段，相关尺度要小几个数量级，传统所需的同步精度在物理上几乎无法实现。

MASI用一组排布在不同位置的编码传感器取代传统透镜，捕捉原始衍射图案，这些图案包含了光线与被测物体作用后的亮度和相位信息。

MASI在成像方式上实现了两项关键突破：一方面，它完全摆脱了透镜的限制，可在数厘米的距离外直接采集物体产生的衍射图样。换句话说，这就像是在一桌之隔的距离，能看清一根头发上的细微纹理，而不必把眼睛凑到跟前。

另一方面，MASI通过计算方法完成不同传感器数据的同步与融合，取代了纳米级瞄准的需求，构建出远大于单个传感器的“虚拟”合成孔径，从而在无需透镜的情况下实现亚微米级分辨率和宽视场成像。

研究人员比喻说，这就像是多位摄影师同时拍摄同一场景，但拍下的不是普通照片，而是光波性质的原始测量数据，随后由软件将这些独立“拍摄”拼接成一幅超高分辨率图像。

研究人员表示，该技术代表了光学成像领域的一次范式转变，有望在医学诊断、法医学、工业检测以及遥感等领域发挥作用。