研究人員利用噴墨打印技術(shù)制造出了一種緊湊型多光譜光場相機。這種相機可以放在手掌中，可用于自動駕駛、回收材料分類和遙感等多種應(yīng)用。 三維光譜信息對于物體和材料的分類非常有用；然而，從場景中捕捉三維空間和光譜信息通常需要多個設(shè)備或耗時的掃描過程。新型光場相機通過在一張快照中同時獲取三維信息和光譜數(shù)據(jù)，解決了這一難題。 來自德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院的研究團隊負責(zé)人Uli Lemmer說：“據(jù)我們所知，這是最先進的集成版多光譜光場相機。我們將它與用于重建場景深度和光譜特性的新人工智能方法相結(jié)合，創(chuàng)建了一個用于獲取三維信息的先進傳感器系統(tǒng)。”

研究人員在《光學(xué)快報》（Optics Express）雜志上報告說，新相機和圖像重建方法可用于根據(jù)光譜特性區(qū)分場景中的物體。利用噴墨打印技術(shù)制造相機的關(guān)鍵光學(xué)元件，可以方便地進行定制或大批量制造。 研究團隊成員Michael Heizmann說：“從相機圖像中重建的三維數(shù)據(jù)正在虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實、自動駕駛汽車、機器人、智能家居設(shè)備、遙感和其他應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。例如，這項新技術(shù)可以讓機器人更好地與人類互動，或提高回收材料分類和分離的準確性。它還有可能用于對健康和患病組織進行分類。”

噴墨打印用于在超薄顯微鏡載玻片的一側(cè)沉積單個材料液滴，形成單個透鏡（i）。固化（ii）后，在顯微鏡載玻片的另一面（iii）上打印出完全對齊的彩色濾光片陣列。由此產(chǎn)生的光學(xué)元件被直接集成到 CMOS 相機芯片上，并放置在相機外殼中 (iv)。使用噴墨打印添加顏色

光場照相機又稱全光學(xué)照相機，是一種專門的成像設(shè)備，可以捕捉光線的方向和強度。采集圖像后，通過計算處理從采集的數(shù)據(jù)中重建三維圖像信息。這些相機通常使用與高分辨率相機芯片像素對齊的微透鏡陣列。

為了制造多光譜光場相機，研究人員使用噴墨打印技術(shù)在超薄顯微鏡載玻片的一側(cè)沉積形成每個獨立透鏡的單滴材料，然后在顯微鏡載玻片的另一側(cè)打印完全對齊的彩色濾光片陣列。由此產(chǎn)生的光學(xué)元件被直接集成到 CMOS 相機芯片上。噴墨打印方法允許光學(xué)元件之間精確對齊，大大降低了制造復(fù)雜性，提高了效率。 由于這種設(shè)置產(chǎn)生的光譜和深度信息在相機圖像中交織在一起，研究人員開發(fā)出了分離每個組件的方法。他們發(fā)現(xiàn)，基于深度學(xué)習(xí)的方法最適合直接從獲取的測量結(jié)果中提取所需的信息。

研究人員使用新型相機和深度學(xué)習(xí)方法，以不同顏色通道（偽色表示）生成了這些重建視圖。基于光譜的物體檢測論文第一作者Qiaoshuang Zhang說：“只有將制造、系統(tǒng)設(shè)計和基于人工智能的圖像重建等方面的最新進展結(jié)合起來，才有可能應(yīng)對創(chuàng)建多光譜光場相機的挑戰(zhàn)。這項工作推動了噴墨打印——一種具有高精度和工業(yè)可擴展性的多功能方法，在制造光子元件方面的應(yīng)用。” 研究人員通過記錄一個測試場景對相機進行了測試，該場景包含不同距離的多色三維物體。圖像重建算法在許多合成和真實的多光譜圖像上進行了訓(xùn)練和測試。結(jié)果表明，原型相機可以同時獲取三維空間和光譜信息，并且可以在一張快照中通過不同的光譜組成和深度信息對不同的物體進行成像和區(qū)分。 現(xiàn)在，他們已經(jīng)完成了第一個概念驗證，研究人員正在探索具有獲取多光譜信息能力的光場照相機可能有用的各種應(yīng)用。