
影像技術早已改變了科學、醫學和工業,但光學技術一直受到嚴格限制:要麼追求高細節,要麼追求廣視野。幾十年來,科學家一直在與光的物理極限作鬥爭,這阻礙了他們創造出緊湊而多功能的成像系統。
由康乃狄克大學鄭國安教授領導的團隊展示了MASI(多尺度孔徑合成成像儀)系統。該系統基於合成孔徑原理—正是這項原理使得射電望遠鏡能夠對黑洞成像。問題在於,這種方法其實並不適用於可見光:波長太短,感測器同步的要求幾乎不可能實現。
MASI採用了不同的方法。它並非強制多個光學感測器完美地協同工作,而是允許每個感測器獨立測量光線。然後,軟體接管控制權:影像擷取完成後,演算法之間會相互“協商”,對齊相位並將資料合併成一幅影像。
MASI 與傳統相機和顯微鏡的關鍵區別在於它沒有傳統鏡頭。其感測器捕捉的是衍射圖樣,而非影像——也就是說,捕捉的是光與物體相互作用後的散射情況。然後,系統透過計算重建光波形,並將其「返回」給物體。最終形成一個比任何單一感測器都大的虛擬孔徑,解析度小於一微米,並擁有寬廣的視野。
由於無需透鏡,因此不存在物距、光學尺寸或擴展性方面的限制。此類系統有望應用於醫療、法醫、工業控制和遠程監控等領域——任何需要高精度成像但又不想使用笨重設備的場合。更重要的是,該系統易於擴展:添加感測器比建立日益複雜的光學系統要容易得多。