Имитация работы зрительной системы человека считается сложной задачей из-за чрезвычайно сложных задействованных оптических элементов. В новой работе исследователи показывают, что можно создать систему линз, которая воспроизводит определенные характеристики человеческого зрения, используя простые сферические оптические компоненты.
Гийом Аллен из Университета Лаваля в Канаде представит это исследование на конференции Optica Design and Fabrication Conference , которая пройдет 4–8 июня 2023 года в Квебеке. «Наличие физической модели глаза, которая обеспечивает точную передачу всего диапазона зрения человеческого глаза, а также биологически точного зрачка, может стать важным инструментом в обеспечении качества устройств, которые мы используем в развлекательных или медицинских целях», — заявили в компании.
Воспроизведение системы человеческого зрения требует глубокого понимания того, как она работает. Однако оптические элементы, такие как материалы с переменным показателем преломления или изогнутые светочувствительные поверхности, а также требования к широкому полю зрения и многослойной обработке изображений могут затруднить изучение зрительной системы человека, как если бы это была традиционная оптическая система.
В новом исследовании исследователи сообщают о новом подходе к пониманию и визуализации оптических характеристик человеческого глаза таким образом, чтобы его можно было использовать для разработки системы линз, имитирующей их. Для этого они использовали две разные вычислительные модели глаза для извлечения ключевых оптических измерений: входного зрачка, разрешения, основанного на передаточной функции модуляции, и относительной освещенности.
Затем эти измерения были использованы для создания простой оптической конструкции, для которой требовались только сферические поверхности. Система линз была разработана для того, чтобы сначала визуализировать сцену с достаточным количеством деталей, чтобы имитировать ухудшение качества изображения в поле зрения человека. Поскольку форма и положение зрачка также являются важными требованиями для некоторых инструментов, точная имитация зрачка также была одним из аспектов этого исследовательского проекта.
Чтобы увидеть, насколько хорошо работает этот подход, исследователи сравнили производительность системы линз, которую они разработали, с производительностью зрительной системы человека. Эта оценка качества показала, что новая конструкция, требующая минимальной оптимизации, может легко воспроизвести качество системы человеческого зрения без использования каких-либо асферических компонентов, которые усложняют систему.
На самом деле, первоначальный дизайн можно было бы смягчить, удалив некоторые поверхности, и при этом добиться качества, подобного человеческому зрению. «В настоящее время мы рассматриваем возможность дальнейшего упрощения конструкции плоской камеры и то, как добавление изогнутого датчика изображения, вдохновленного кривизной сетчатки человеческого глаза, могло бы помочь в этом отношении», — сказал Аллен.
