【光學(xué)前沿】浙江大學(xué)在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新突破

    在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)快速發(fā)展的今天，浙江大學(xué)的馬耀光研究團(tuán)隊(duì)在這一領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)展。他們成功融合了超表面與折射透鏡兩種尖端光學(xué)技術(shù)，開發(fā)出一種集成于MicroLED屏幕中的高分辨率、緊湊型單透鏡混合AR顯示方案。這一創(chuàng)新不僅提升了圖像質(zhì)量，還為未來的AR應(yīng)用開辟了新的可能性。

    研究背景：

    增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過將數(shù)字圖像疊加到真實(shí)世界的背景上，正在改變我們與環(huán)境的互動(dòng)方式。除了在電競(jìng)游戲中的應(yīng)用，AR技術(shù)在手術(shù)、自動(dòng)駕駛等多個(gè)領(lǐng)域也展現(xiàn)出巨大的潛力。然而，傳統(tǒng)的AR系統(tǒng)通常需要笨重的光學(xué)元件，這使得便攜式應(yīng)用面臨挑戰(zhàn)。

     技術(shù)挑戰(zhàn)：

    在將標(biāo)準(zhǔn)的四透鏡AR系統(tǒng)縮小到眼鏡大小時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)生成圖像的質(zhì)量下降和視野縮小。馬耀光及其團(tuán)隊(duì)意識(shí)到，必須找到一種簡(jiǎn)化技術(shù)的方法，以便在保持圖像質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)小型化設(shè)計(jì)。

    創(chuàng)新方案：

    為了解決這一問題，研究團(tuán)隊(duì)將超表面和折射透鏡與MicroLED屏幕相結(jié)合，創(chuàng)造出一種小型的單鏡頭混合AR設(shè)計(jì)。MicroLED屏幕內(nèi)置微小的綠色LED陣列，用于圖像投影。

     超表面設(shè)計(jì)：

    該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的超表面是一層超薄且輕質(zhì)的氮化硅薄膜，上面雕刻的圖案如同微型光學(xué)向?qū)В軌蚓珳?zhǔn)地塑造并聚焦來自MicroLED的綠色光源。這種設(shè)計(jì)不僅減輕了重量，還提高了光學(xué)性能。

    折射透鏡優(yōu)化：

    折射透鏡由先進(jìn)合成聚合物制成，進(jìn)一步優(yōu)化了圖像質(zhì)量。通過銳化圖像邊緣和減少光學(xué)像差，該透鏡能夠生成清晰且色彩鮮明的黑綠色圖像。

    圖像質(zhì)量提升：

    研究團(tuán)隊(duì)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)算法，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)中難以察覺的微小瑕疵進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別與校正，確保光線在離開MicroLED之前得到完美調(diào)整。這一過程顯著提升了投影圖像的分辨率，使得AR圖像的逼真度和沉浸感令人贊嘆。

    原型測(cè)試：

    在測(cè)試中，研究團(tuán)隊(duì)將混合AR顯示器集成到一副眼鏡中，并使用計(jì)算機(jī)圖像增強(qiáng)來評(píng)估原型的功能。結(jié)果顯示，單鏡頭混合系統(tǒng)在30°視場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生的投影圖像失真小于2%，與當(dāng)今四鏡頭商用AR平臺(tái)的圖像質(zhì)量相當(dāng)。

    隨著技術(shù)的不斷成熟與拓展，中測(cè)光科相信這一平臺(tái)未來有望從單一綠色光源升級(jí)至全彩顯示，為新一代AR眼鏡的商業(yè)化應(yīng)用鋪平道路。這一研究成果不僅為AR技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路，也為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支持。