華東師大顛覆性創新：無鏡頭相機，如何實現3D“透視”？

我們習以為常的相機，無論是手機里的微小鏡頭，還是單反相機上的龐大鏡片，都離不開一個核心部件——鏡頭。鏡頭負責匯聚光線，將遠處的景象清晰地投影到感光元件上。然而，這種經典的成像方式即將被一種古老而又全新的技術所顛覆。最近，科學家們開發出一種神奇的無鏡頭相機，它不僅能拍出超乎尋常的清晰照片，還能“看穿”黑暗，甚至捕捉3D圖像。

這項新技術的靈感，來自古老的“針孔成像”原理。早在幾千年前，人們就發現，光線穿過一個小孔后，能在對面的墻壁上形成一個倒立的清晰圖像。這種方法簡單有效，但有一個致命缺點：由于孔太小，進光量不足，拍出來的圖像往往非常暗淡。現代科學家則利用先進的材料，為這個古老的原理賦予了新的生命。他們沒有使用傳統的玻璃或塑料鏡頭，而是在一塊特殊的非線性晶體內部，用激光“制造”了一個微小的“光學針孔”。

這個光學針孔與傳統的物理針孔不同，它就像一個聰明的“光線處理器”。當光線穿過這個由激光形成的虛擬小孔時，它不僅能像傳統針孔一樣成像，還能同時將不可見的紅外光，轉換成我們肉眼可見的光。這就意味著，這種相機能夠直接拍攝中紅外波段的圖像，讓它在低光甚至完全黑暗的環境下也能清晰成像。這對于夜視、工業檢測，甚至是環境監測等領域，都具有巨大的應用潛力。

由于沒有鏡頭，這種相機避免了傳統鏡頭的所有弊端。比如，鏡頭會產生畸變，讓畫面邊緣扭曲；鏡頭的焦距和景深是固定的，導致你無法同時拍清近處和遠處的物體。而無鏡頭相機則沒有這些限制，它能拍出超大景深和超廣視野的圖像，讓畫面中的所有物體，無論遠近，都能保持清晰銳利。

這項技術的另一個重大突破，是它能夠實現無鏡頭3D成像。傳統的3D相機需要兩個甚至多個鏡頭來模擬人眼的雙眼視覺，然后通過復雜的算法合成3D圖像。而這種無鏡頭相機，通過其獨特的成像方式和后期的算法處理，能夠從單一的平面圖像中重建出立體的空間信息。這就像一個解謎大師，從一個看似普通的謎題中，還原出完整的答案。

當然，這項技術目前還處于早期階段，但它的前景令人振奮。沒有了昂貴且復雜的鏡頭，這種相機的制造成本將大幅降低，體積也會變得極其輕薄。未來，這種無鏡頭相機可能被集成到我們想象不到的地方，比如隱蔽的安防系統、微型醫療內窺鏡，甚至是可穿戴的柔性設備。它告訴我們，有時最偉大的創新，不是去創造全新的東西，而是用最新的技術，去重新詮釋那些最古老的智慧。

參考資料：DOI：10.1364/OPTICA.566042