如何破除完美成像的“拦路虎”光学像差？
据介绍，传统光学系统主要为人眼所设计，保持着“所见即所得”的设计理念，聚焦于在光学端实现完美成像。
近百年来，光学科学家与工程师不断提出新的光学设计方法，以给不同成像系统定制复杂的多级镜面、非球面与自由曲面镜头，从而通过减小像差来提升成像性能。
但是，由于加工工艺的限制与复杂环境的扰动，难以制造出完美的成像系统。例如，鉴于大范围面形平整度的加工误差，人们依旧难以制造超大口径的镜片去实现超远距离高分辨率成像；而受到动态变化的大气湍流扰动，地基天文望远镜的实际成像分辨率远低于光学衍射极限，这限制了人类探索宇宙的能力，往往需要花费昂贵的代价通过发射太空望远镜来绕过大气层。
为解决这一难题，自适应光学技术应运而生。通过波前传感器，可以实时感知环境的像差扰动，并反馈给一面可变形的反射镜阵列，借此给对应的光学像差做出动态矫正，从而保持完美的成像过程。
基于此，有学者发现了星系中心的巨大黑洞并斩获诺奖，这一成果也已用于天文学与生命科学领域。然而，由于像差在空间分布的非均一特性，该技术仅能实现极小视场的高分辨成像，难以实现大视场多区域的同时矫正。而且，由于需要非常精细的复杂系统，导致成本往往十分高昂。
图 | 上，可变形镜；下，波前传感器（来源，Thorlabs，ALPAO）
近年来，数字化的高速发展催生了计算光学这一交叉学科，为先进成像系统设计提供了新的思路。
而该团队长期从事这一领域，在三维成像、超光谱成像、极弱光成像、介观活体显微成像、超分辨率显微等方向已取得系列突破。
为了实现从完美透镜到完美成像的转变，受自然界中“涌现”现象的启发，课题组提出了元成像的新架构，攻克了超精细光场感知与超精细光场融合两大核心技术。
详细来说，其以分布式感知突破空间带宽积瓶颈，以自组织融合实现了多维、多尺度、高分辨的重建，借此能在后处理过程中通过对光线的数字调制替代光学系统中的物理模拟调制，并将其精度提升至光学衍射极限，为解决光学像差这一百年难题打开了新局面。
图 | 从左至右：普通成像芯片、传统光场成像、元成像芯片（无DAO），元成像芯片（DAO）（来源：Nature）
