科研动态

五一假期刚过，出门旅游拍照的你有没有遇到这样的情形？明明想拍张美美的自拍，相机焦点却对到路人身上了，结果自己在相片里模糊成一片，路人甲乙丙却拍得一清二楚。

专业点说，这就叫做：失焦，就是焦点没对上自己想拍的那个物体。那有没有办法解决这个问题呢？光场相机就是答案。但在实际应用中，因为镜头材料限制等原因，光场相机的应用也有一些问题，而这也是许多科学家致力解决的。

科创中心超视觉技术团队发表《Nature Photonics》news & view文章

近日，浙江大学杭州国际科创中心超视觉技术团队就在《Nature Photonics》以news & views讨论了石墨烯超视觉光场相机的进展⁽¹⁾。虽然新材料也有自身的很多挑战，但是带来了新的思路。未来，或许在石墨烯材料的帮助下，不仅可以进一步推进光场相机的应用，还可以拓宽人类视觉的范围。

简单地说，就是让你拍到肉眼看不到的世界！

那么，究竟什么是光场相机，石墨烯超视觉光场相机到底有什么奇妙之处，一起来看看吧！

一．什么是光场相机

我们日常生活中的手机、IPad、电脑拍摄的照片大都基于将三维物体投影到二维平面上形成影像。事实上三维场景中的光包含有五个维度的信息，三个空间维度（x,y,z）和两个入射角度（φ，θ）。光场相机正是利用内置的上万个微型镜片的显微镜阵列，记下每条光线在不同距离的影像上的落点（五个维度信息），经数码重新对焦后，便能拍出完美照片。简单地说，就是先拍照后聚焦，不管怎么拍照片都清晰。

不仅如此，与仅仅记录亮度和色泽的传统相机相比，光场相机还可以得到物体不同方向和角度展露的每个影像的景深，因此3D VR也就有了实现的可能性。

但是光场相机也有一些局限性，比如内置镜头太多等（毕竟需要上万个镜头），所以还有一些问题有待改进。

二、光场相机的新探索

在过去的十年时间里，光场成像技术已经在各个领域都取得了飞速的发展。然而，目前采用感光器和算法复杂，存在一定的不足。于是，一些新探索开始了，石墨烯新材料就是其中一种。

这种新材料，由于透光性等优势，一片镜头就可以实现过去很多小镜头的功能！也就是说，光场相机如果用上石墨烯新材料，制造更加方便，透光性能也会更好。

基于这种微纳新材料可以使多个传感器阵列沿光线路径堆叠。因为它只吸收2.3%的入射光，即使是金属连接处也被透光的微纳薄膜材料互连所取代，三层超薄探测器的总透明度达到90%以上，所以镜头的透光性就能得到保证。这种新型光场成像方案，通过将二维光电探测器堆叠，提供了一种将复杂三维成像简化的途径。

三．超视觉相机或将打开你身边“看不见”的世界

目前，在应用新材料的基础上，浙大杭州国际科创中心超视觉技术团队正聚焦超视觉相机核心元器件及其集成策略的研发。针对现有非可见光成像系统及谱视分析系统笨重、耗时、昂贵、无法提供多参数实时数据的痛点，团队在俞滨教授的带领下研究基于新型微纳超视觉成像与光谱探测技术，软硬件结合的智能图像传感器集成技术等。

啥意思呢？就是说这种技术比光场相机技术更进一步，可以记录我们人类肉眼本来无法捕捉的不可见光，拓宽人类的视觉领域。

打个比方，一些夜行动物能在夜晚看到我们看不到的物体，就是因为它们的视觉可见光领域和人类不同，而未来通过石墨烯超视觉光场相机，我们也有可能看见它们眼中的神秘世界。

畅想下，如果有一天，你轻轻按下相机，就可以通过相片看到一个一直存在于身边、但肉眼却看不到的世界，该是种多么奇妙的体验！

据了解，该科研团队近五年内已在Nature Photonics (News & Views), Nature Comm., Adv. Mater.，Phys. Rep., Chem. Soc. Rev., Nano Lett., ACS Nano,等期刊和IEDM会议上发表论文 50余篇, 发明专利授权20余项。

图文出处：

1.Shehzad K, Xu Y. Graphene light-field camera. Nature Photonics. 2020;14(3):134-136.

2.图片来自华为官网。