【产通社，9月10日讯】中国科学院上海光学精密机械研究所（Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics）官网消息，空天激光技术与系统部、中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室研究团队，采用双原子干涉的原理设计了具有复振幅响应和偏振无关响应的超表面，实现了稳健且完整的复振幅调制，使用单层超表面替代传统高动态范围（HDR）系统中的多个组件。将超表面与普通相机集成，通过单帧测量获取高曝光和低曝光两幅图像，进行图像融合后可以实现动态范围的扩展，实现了高达 17.5 dB 的动态范围增强，几乎不会增加系统的重量和占用空间，实验结果验证了该方案在实时 HDR 成像方面具有显著潜力。相关成果以“Single-layer metasurface for snapshot high-dynamic-range imaging”为题，发表于Photonics Research。

由于探测器的动态范围有限，成像系统在面对大强度变化的环境时，常常会遇到过曝或欠曝的问题，图像中亮部和暗部的细节往往无法在单帧画面中有效保留。这一问题在智能手机摄影、显微成像、先进制造和自动驾驶等应用中十分常见。在这些应用场景中，开发实时HDR成像设备具有重要意义。常见且直接的解决方案是依次拍摄同一场景的多张不同曝光设置的照片，但这并不适用于视频拍摄。多路径成像系统对探测器的要求较低并能够实现实时成像，然而，基于这种方法的成像设备往往体积庞大。一些研究提出了特殊的 HDR 传感器，这些传感器对光具有独特的响应特性，但目前制造成本较高。

研究团队通过复振幅调控设计单层超表面，该超表面能够集成传统 HDR 成像系统中多个分立元件的功能。得益于其对偏振不敏感的全空间振幅与相位调控机制，单层器件可在单次拍摄中获得多张不同曝光水平的高保真图像；经融合处理后，图像动态范围得以有效扩展。采用强度比 10:1 的双通道成像配置，理论上可将动态范围提升 20 dB。实验结果表明，所演示系统的动态范围改善可达 17.5 dB 甚至更高。该设计在重量和体积上与常规单次成像系统相当，因而适用于监控、工业制造及车载等对轻量化、超紧凑和实时 HDR 成像有需求的场景。

相关研究得到了国家自然科学基金、上海市学术带头人计划以及上海市科技重大专项的支持。查询进一步信息，请访问官方网站http://siom.cas.cn/xwzx/kydt，以及https://doi.org/10.1364/PRJ.563285。（Robin Zhang，产通数造）    （完）