Ucapkan Selamat Tinggal pada Lensa Besar: Bagaimana AI dan Metalense Membentuk Kembali Sistem Pencitraan
Metalense bertenaga AI memungkinkan pencitraan penuh warna beresolusi tinggi untuk sistem optik kompak.
Sistem pencitraan modern, termasuk yang ada di ponsel pintar, perangkat virtual reality (VR), dan perangkat augmented reality (AR), terus mengalami kemajuan untuk mencapai kekompakan, efisiensi, dan kinerja yang lebih baik. Sistem optik konvensional, yang bergantung pada lensa kaca besar, menghadapi tantangan seperti penyimpangan kromatik, inefisiensi pada berbagai panjang gelombang, dan ukuran fisik yang besar.
Kelemahan ini menghadirkan tantangan ketika merancang sistem yang lebih kecil dan ringan namun tetap menghasilkan gambar berkualitas tinggi. Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti telah mengembangkan metalenses—lensa ultra-tipis yang terdiri dari struktur nano kecil yang dapat memanipulasi cahaya pada tingkat yang sama. skala nano.
Metalense menawarkan potensi luar biasa untuk membuat miniatur sistem optik, namun hal ini bukannya tanpa tantangan tersendiri, terutama dalam hal pengambilan gambar penuh warna tanpa distorsi.
Terobosan dalam Teknologi Pencitraan Metalens
Dalam sebuah penelitian terbaru yang diterbitkan di Fotonik Tingkat Lanjutpara peneliti telah memperkenalkan sistem pencitraan metalens ujung ke ujung yang inovatif, didukung pembelajaran mendalam, yang mengatasi banyak keterbatasan ini. Sistem ini memadukan logam yang diproduksi secara massal dengan kerangka restorasi gambar khusus yang didorong oleh pembelajaran mendalam. Dengan menggabungkan perangkat keras optik canggih dengan kecerdasan buatan (AI), tim ini telah menghasilkan gambar penuh warna beresolusi tinggi, bebas aberasi, dan tetap mempertahankan faktor bentuk kompak yang dijanjikan oleh metalense.
Metalens itu sendiri dibuat menggunakan litografi nanoimprint, metode terukur dan hemat biaya, diikuti dengan pengendapan lapisan atom, sehingga memungkinkan produksi lensa ini dalam skala besar. Metalens dirancang untuk memfokuskan cahaya secara efisien tetapi, seperti kebanyakan metalens, mengalami aberasi kromatik dan distorsi lainnya karena interaksinya dengan cahaya dengan panjang gelombang berbeda.
Untuk mengatasi hal ini, model pembelajaran mendalam dilatih untuk mengenali dan memperbaiki distorsi warna dan keburaman yang disebabkan oleh logam. Pendekatan ini unik karena mempelajari kumpulan data gambar yang besar dan menerapkan koreksi ini pada gambar masa depan yang diambil oleh sistem.
Bagaimana Pembelajaran Mendalam Meningkatkan Pencitraan
Kerangka restorasi gambar menggunakan pembelajaran adversarial, di mana dua jaringan saraf dilatih bersama. Satu jaringan menghasilkan gambar yang dikoreksi, dan jaringan lainnya menilai kualitasnya, mendorong sistem untuk terus meningkat. Selain itu, teknik canggih seperti penyematan posisi membantu model memahami bagaimana distorsi gambar berubah bergantung pada sudut pandang. Hal ini menghasilkan peningkatan signifikan pada gambar yang dipulihkan, khususnya dalam hal warna ketepatan dan ketajaman di seluruh bidang pandang.
Sistem ini menghasilkan gambar yang menyaingi lensa tradisional yang besar, namun dalam paket yang jauh lebih kecil dan lebih efisien. Inovasi ini berpotensi merevolusi berbagai industri, mulai dari barang elektronik konsumen seperti ponsel pintar dan kamera hingga aplikasi yang lebih terspesialisasi dalam VR dan AR. Dengan memecahkan masalah inti metalense—penyimpangan kromatik dan sudut—pekerjaan ini mendekatkan kita pada pengintegrasian lensa ringkas ini ke dalam perangkat pencitraan sehari-hari.
Menurut penulis senior dan koresponden Junsuk Rho, Mu-Eun-Jae menganugerahi ketua profesor dengan penunjukan bersama di bidang teknik mesin, teknik kimia, dan teknik elektro di Universitas Sains dan Teknologi Pohang (POSTECH, Korea), “Pembelajaran mendalam ini- sistem yang digerakkan ini menandai kemajuan signifikan dalam bidang optik, menawarkan jalur baru untuk menciptakan sistem pencitraan yang lebih kecil dan lebih efisien tanpa mengorbankan kualitas.”
Kemampuan untuk memproduksi metalense berperforma tinggi secara massal, dikombinasikan dengan koreksi bertenaga AI, membawa kita lebih dekat ke masa depan di mana sistem pencitraan yang ringkas, ringan, dan berkualitas tinggi menjadi standar dalam aplikasi komersial dan industri.
Referensi: “Pencitraan logam ujung-ke-ujung yang didorong oleh pembelajaran mendalam” oleh Joonhyuk Seo, Jaegang Jo, Joohoon Kim, Joonho Kang, Chanik Kang, Seong-Won Moon, Eunji Lee, Jehyeong Hong, Junsuk Rho dan Haejun Chung, 14 November 2024, Fotonik Tingkat Lanjut.
DOI: 10.1117/1.AP.6.6.066002
