Polarization Multi-Image Synthesis with Birefringent Metasurfaces

要約

精密に設計されたナノ構造で構成される光学メタサーフェスは、光を操作し、入射場の特性に基づいて異なる機能を実装する能力で大きな注目を集めています。
コンピュテーショナルイメージングシステムは、この機能を利用して、デジタル後処理と組み合わせることで特定のタスクに役立つコード化された測定値のセットを生成し始めています。
これらの研究に触発されて、偏光子モザイク光センサーを備えた複屈折メタサーフェスを使用して、1 回の露光で 4 つの光学的にコード化された測定値を取得する新しいシステムを紹介します。
このシステムをインコヒーレントな光電子フィルタリングのタスクに適用します。このタスクでは、デジタル空間フィルタリング操作が、空間フィルタ サイズに関係なく、4 つの偏光チャネルにわたる単純なピクセルごとの合計に置き換えられます。
空間フィルタを 1 つだけ実現できるインコヒーレントな光電子フィルタリングに関する以前の研究とは対照的に、私たちのアプローチは、キャ​​プチャ後のデジタル加算重みを調整することによってフィルタをファミリから選択することで、単一のキャプチャからフィルタの連続ファミリを実現できます。
ユーザー指定の空間フィルターのセットを実現できるメタサーフェスを見つけるために、光効率と高い信号対雑音比を促進する新しい正則化機能を備えた勾配降下法を導入します。
深さと波長に関して規定の変化をもつ空間フィルターを含むいくつかの例を、シミュレーションおよび製作されたプロトタイプで実証します。
https://deanhazineh.github.io/publications/Multi_Image_Synthesis/MIS_Home.html のプロジェクト ページにアクセスしてください。

要約(オリジナル)

Optical metasurfaces composed of precisely engineered nanostructures have gained significant attention for their ability to manipulate light and implement distinct functionalities based on the properties of the incident field. Computational imaging systems have started harnessing this capability to produce sets of coded measurements that benefit certain tasks when paired with digital post-processing. Inspired by these works, we introduce a new system that uses a birefringent metasurface with a polarizer-mosaicked photosensor to capture four optically-coded measurements in a single exposure. We apply this system to the task of incoherent opto-electronic filtering, where digital spatial-filtering operations are replaced by simpler, per-pixel sums across the four polarization channels, independent of the spatial filter size. In contrast to previous work on incoherent opto-electronic filtering that can realize only one spatial filter, our approach can realize a continuous family of filters from a single capture, with filters being selected from the family by adjusting the post-capture digital summation weights. To find a metasurface that can realize a set of user-specified spatial filters, we introduce a form of gradient descent with a novel regularizer that encourages light efficiency and a high signal-to-noise ratio. We demonstrate several examples in simulation and with fabricated prototypes, including some with spatial filters that have prescribed variations with respect to depth and wavelength. Visit the Project Page at https://deanhazineh.github.io/publications/Multi_Image_Synthesis/MIS_Home.html

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