超表面拓展信息成像_成都国际精密光学与应用大会_杨原牧_2025.pdf

1、单击此处编辑母版标题样式Information Classification:General基于超构光学元件的拓展视觉信息感知杨原牧清华大学精密仪器系Email:实验室网站:2025中国（成都）国际精密光学技术与应用大会2025年4月22日单击此处编辑母版标题样式Information Classification:General2研究背景：视觉感知为什么重要？人类和机器感知的外界信息有80%以上都来自于视觉人类用眼睛感知世界机器用相机感知世界单击此处编辑母版标题样式Information Classification:General3研究背景：视觉感知面临的挑战从二维到三维到更高维度视觉感知

2、悖论：高维度信息 vs.高硬件成本单击此处编辑母版标题样式Information Classification:General4研究背景：视觉感知面临的挑战我们希望解决的问题：用极低的硬件成本获取多维度视觉信息THU用单颗摄像头感知三维甚至更高维度信息，给机器装上极致小巧且功能强大的眼睛二维三维更多维度偏振光谱单击此处编辑母版标题样式Information Classification:General5解决方案：超构光学元件传统折射光学元件光场调控精度受限只能实现标量光场调控ExEy超构光学元件（亚波长特征尺寸平面光学元件）纳米级空间精度光场调控矢量光场调控ExEy硅纳米柱阵列单击此处编辑母版

3、标题样式Information Classification:General6超构光学元件对拓展视觉信息感知的意义传统相机成像折射透镜二维点扩散函数像,=,待测物体对待测物体距离、偏振光谱等信息不敏感仅能探测光强信息超构相机拓展信息成像,=,待测物体超构表面多维点扩散函数像计算恢复偏振深度光谱二维强度THU利用超构表面，可以构造与待测物体距离、偏振、光谱等多维信息高度敏感的PSF高精度多维信息测量（物理驱动，与数据驱动的多维测量有本质区别）根据信息论，系统针对特定信息的测量精度由其沿相应测量维度的Fisher信息决定单击此处编辑母版标题样式Information Classification:

4、General7研究框架：基于超构光学元件的拓展视觉信息感知基于超构光学元件的光场调控原理创新半导体精密测量AI/机器视觉全球首个单目三维相机集成模组全球最小椭偏光谱仪实拍高精度手势深度图基于超构相机的拓展视觉信息感知应用2022中国十大光学产业技术Nature Physics(2019)(ESI高被引)Nature Communications(2023)(ESI高被引)Science Advances(2024)(ESI高被引)Science Advances(2025)Physical Review Letters(2023)(ESI高被引)eLight(2022)(封面,ESI高被引)

5、Light:Science&Applications(2024)Light:Science&Applications(2021)Advanced Photonics(2023)PhotoniX(2021)偏振/光谱/角度调控动态/非线性/量子调控单击此处编辑母版标题样式Information Classification:General8今天的汇报：单目三维成像单目三维+偏振成像“拓展场景”单目三维成像Z.Shen et al.,Nature Communications 14,1035(2023)Z.Shen et al.,arXiv:2502.07403(2025)单目三维相机模组及其应用

6、单目3D相机模组结构光3D相机产品单击此处编辑母版标题样式Information Classification:General9基于超构相机的单目三维+偏振成像,=,Z.Shen et al.,Nature Communications 14,1035(2023)与偏振和深度均强相关的PSF基本思想：将目标物体深度信息通过特殊设计的三维PSF编码在偏振图像中，进一步通过计算重建多维信息。单击此处编辑母版标题样式Information Classification:General10基于超构相机的单目三维+偏振成像深度估计原理：PSF设计：Z.Shen et al.,Nature Communi