基于高分辨率星载成像仪的超轻型衍射光学系统

在制造256阶谐衍射透镜时，将厚度为7μm的光致抗蚀剂涂覆到石英玻璃的表面上。使用激光在抗蚀剂上绘制256阶浮雕。单个透镜的制作时间大约需要半个小时。通过极其精确的神经网络数字图像处理来完成图像失真补偿。

俄罗斯萨马拉国立研究大学的科学家团队正在开发一种基于高分辨率星载成像仪的超轻型衍射光学系统，该系统可将光学系统质量降低100倍。

研究人员开发出制造256阶谐衍射透镜的技术和重建所获图像的算法。这个由该大学超级计算机和通用信息学系的研究小组研发的光学元件的质量仅为5克，可取代复杂庞大的透镜和反射镜系统，类似于焦距300毫米、质量500克的远摄镜头。

谐波光学元件是一种衍射光学元件，特征尺寸的深度是设计波长的数倍（谐波衍射元件的另一个例子，参见“谐波光学元件简化蓝光光学器件”）。

质量仅有几克

研究人员Artem Nikonorov指出，质量仅为几克的超轻型衍射光学系统为无人机、大气探测器和纳米卫星的研究开辟了新的可能性。

现代批量照片和远摄透镜需要大量的光学元件（12个或更多）补偿由镜头像差引起的图像失真。相反，新的超轻谐波透镜采用数字处理补偿这些像差。

为此而开发的计算重建包括图像的色彩校正和利用卷积神经网络（CNN）消除的色彩模糊。研究人员的测试结果表明，以这种方式恢复的图像质量与从消费者相机和移动电话获得的图像质量相当。

基于CNN重建一个图像的时间约为1秒。

萨马拉大学的科学家们提出谐衍射光学系统能够提供18米的分辨率，用于从纳米卫星勘测地球表面；相比之下，目前市场上与其相当的光学系统提供的是40米的分辨率。

此外，使用超轻谐波透镜和基于CNN的图像重建技术使科学家们能够在实际图像中将峰值信噪比（PSNR）提高到26dB。 “五年前，使用衍射透镜获得高分辨率彩色图像似乎是一个遥远的目标。然而，我们的研究结果证明了使用光衍射光学系统的前景”研究人员Artem Nikonorov指出。

未来，萨马拉大学的研究人员将努力克服图像中的强像差。为了解决这个问题，他们计划改进制造超轻透镜的技术以及图像重建方法，以提高神经网络重建的性能。