【光学前沿】元成像相机：开启单目深度感应新纪元
在众多领域，如机器人技术、增强现实和自动驾驶等，深度感知技术扮演着至关重要的角色。传统的单目深度感知技术受限于成本、体积和性能，而新型的元成像相机提供了一种高精度且鲁棒的单目深度感知解决方案。本文将详细介绍清华大学自动化系戴琼海院士和乔晖副教授团队开发的元成像相机，以及其在单目深度感知领域的突破性进展。
深度感知技术是理解和交互三维世界的基础，尤其在自动驾驶、无人机控制、增强现实等领域中发挥着关键作用。传统的单目深度感知技术通常依赖于图像中的透视和遮挡等相对深度线索，但由于缺乏绝对深度信息，其精度和鲁棒性受限。光场相机虽然能够提供深度信息，但其较低的空间分辨率和易受光学像差影响的特性限制了其应用。
最近，清华大学的研究团队提出了一种新型的元成像相机，该相机集成了主透镜、微透镜阵列、CMOS传感器和压电位移台，通过扫描机制有效克服了空间分辨率和角度分辨率之间的矛盾，提升了子孔径的空间分辨率。这种设计不仅使得子孔径之间的视差能够携带深度信息，而且每个子孔径内PSF图案的变化也能携带一定的深度信息。此外，高分辨率的子孔径图像使得元成像相机能够通过数字自适应光学技术（DAO）实现多点像差校正，即使在存在像差的情况下，也能高效地捕获深度信息，确保准确和鲁棒的深度感知。
实验结果表明，元成像相机在1米至3.5米的测试范围内达到了平均0.03米的绝对误差和1.7%的相对误差，显示出其卓越的深度感知能力和增强的对信号背景比变化的稳健性。这一成果极大地拓展了单目深度感知在自动驾驶、虚拟现实等领域的应用前景。
除了用于单目深度估计外，元成像相机还可以代替当前立体视觉系统中的2D相机，提升立体视觉系统的深度感知性能。此外，元成像相机凭借其对像差的强鲁棒性，弥补了被动式深度感知方法在长距离深度感知时的精度和鲁棒性不足，从而有潜力进一步拓展被动式深度感知在长距离场景中的效果。
清华大学研究团队开发的元成像相机以其高精度和鲁棒性，为单目深度感知领域带来了革命性的突破。这种新型相机不仅在更宽的深度范围内表现出比光场相机更高的精度，而且对信号背景比变化具有出色的鲁棒性。模拟和实验深度估计结果进一步证实了元成像相机在光学像差引起的挑战性条件下的稳健性和高精度。随着技术的不断发展，元成像相机有望在自动驾驶、无人机和机器人等挑战性场景中发挥重要作用，为未来远程被动深度感应的发展开辟新途径。
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多基准轴透射式离轴光学系统高精度定心装调方法
星载光谱仪可获取空间连续分布的光谱数据，是陆地植被监测、海洋环境探测等领域的核心载荷。为校正分光系统引入的畸变，星载光谱仪成像透镜多采用离轴透射式设计，由此形成的多光轴结构存在大倾角、大偏心特征，超出了传统同轴系统定心装调方法的适用范围。本文提出一种多基准轴定心装调方法（Multi-referenceAxisAlignment,MAA），通过镜筒结构一体化加工预置各光轴的偏心与倾斜参数，结合光学平板实现基准轴的高精度引出，将复杂多光轴系统的装调拆解为多个单光轴子系统的独立装调，突破了传统定心仪的测量范围限制。针对某星载光谱仪3光轴离轴透射系统开展装调验证，实测结果表明，透镜最大偏心误差小于25.4μm，最大倾斜误差小于17.7″，系统实际畸变与理论值平均偏差小于0.32μm，全面满足设计指标要求。该方法为离轴折射类光学系统的高精度装调提供了可行的技术路径，拓展了透射式光学系统装调的适用边界。
2026-05-22
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平凸透镜朝向对光束会聚效果及像差特性的影响分析
平凸透镜是各类光学系统中应用最为广泛的基础折射元件之一，属于典型的无限共轭透镜，核心光学功能分为两类：一是将点光源出射的发散光束准直为平行光束，二是将入射的准直平行光束会聚至单点。在激光光学、显微成像、光电检测等领域的光路设计与装调中，平凸透镜的安装朝向是直接影响系统性能的核心参数，其选择直接决定了像差水平与最终会聚效果。
2026-05-21
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光机系统设计：镜头装配轴向预紧力计算（一）——通用设计原则与基础方法
本文基于光机系统设计领域的经典工程理论，系统阐述镜头装配中透镜面接触安装技术的核心原理，明确轴向预紧力在透镜固定、精度保持与环境适应性中的关键作用，详细介绍标称轴向预紧力的基础计算方法、参数定义与适用边界，同时解析轴向预载对透镜自动定心、抗径向偏心的力学效应，为光学镜头的装调设计提供标准化的工程参考。
2026-05-21
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高精度轴对称非球面反射镜面形轮廓非接触式测量方法
非球面光学元件是高端光学系统的核心器件，其面形轮廓的高精度、可溯源测量是保障加工质量与系统性能的关键。本文针对轴对称非球面反射镜的测量需求，建立了通用化的非球面扫描轨迹数学模型，提出一种基于独立计量回路的非接触式坐标扫描测量方法。该方法采用运动与计量分离的框架结构，有效隔离运动误差对测量结果的影响；测头采用集成阵列式波片的四象限干涉测量系统，实现1nm级测量分辨率；通过扫描执行机构与多路激光干涉系统共基准设计，实现测量值可溯源至“米”定义。试验验证表明，该方法测量误差小于0.2μm，重复性精度达70nm，整体测量精度达到亚微米级，为非球面测量的量值统一与溯源提供了成熟的技术方案。
2026-05-21
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麻省理工学院固态激光雷达硅光子芯片核心突破解读
麻省理工学院研究团队攻克了硅光子集成光学相控阵（OPA）固态激光雷达的长期核心瓶颈，通过创新的低串扰集成天线阵列设计，首次实现了宽视野扫描+低噪声高精度的无活动部件激光雷达芯片，为下一代紧凑、高耐用性固态激光雷达的落地奠定了技术基础。
2026-05-20
