研究人员构建了一种无需透镜的成像系统，通过融合多个传感器的数据来超越传统光学限制。

相机可能很快将无需镜头，这一变革或将如同从胶片到数字的飞跃般深远。

康涅狄格大学开发的一项新型成像技术有望重塑光学成像的规则，在不依赖笨重镜头或精密物理对准的情况下，实现超高分辨率的观测。

该系统转而依靠计算、传感器阵列与精妙的数学算法，突破了困扰光学领域数十年的限制。

这一突破源于郑国安教授的实验室。研究团队从一个意想不到的来源——事件视界望远镜（曾拍摄到人类首张黑洞照片的全球射电望远镜阵列）中汲取了灵感。该望远镜通过整合多个望远镜的数据，模拟出更大口径的观测效果。

但将这一思路应用于可见光成像长期以来似乎不切实际。光波的波长远短于无线电波，意味着传感器之间即使存在微米级的偏差也会破坏图像质量。长久以来，以纳米级精度同步光学传感器几乎是一项不可能完成的任务。

郑教授团队另辟蹊径，完全绕过了物理同步的需求。

无透镜成像技术

这项成果名为多尺度孔径合成成像仪（MASI）。它不要求传感器绝对同步运行，而是让每个传感器独立测量光线，再通过计算算法对数据进行后期同步与整合，重建出单一、连贯的图像。

“这一突破的核心在于解决了一个长期存在的技术难题，”郑教授表示，“合成孔径成像——即事件视界望远镜拍摄黑洞的方法——通过将多个分离传感器的测量结果相干结合，模拟出更大的成像孔径。”

MASI用一组位于衍射平面不同位置的编码传感器阵列取代了透镜。每个传感器捕获原始衍射图案，其中包含与物体相互作用的光的亮度和相位信息。这些数据经处理后，可重建每个传感器的复杂波场。随后，波场通过数字填充和数值传播回溯至物体平面，再通过计算相位同步方法迭代对齐数据，最大化合成图像的相干性。

这种软件驱动的同步技术，摆脱了多年来阻碍光学合成孔径系统实用化的刚性干涉仪结构，最终形成远超单个传感器尺寸的虚拟孔径。

软件替代玻璃

这项技术的优势显著。MASI能在数厘米的工作距离上，无需透镜即实现大视场下的亚微米级分辨率。传统光学系统通常需要在分辨率、视场和物距之间权衡取舍。

研究团队通过对子弹弹壳成像展示了该系统的能力：捕获了包括击针凹痕在内的微米级细节。这类痕迹可用于将弹药与特定枪支关联，凸显了其在法医鉴定领域的应用潜力。

“MASI的潜在应用涵盖法医学、医疗诊断、工业检测及遥感等多个领域，”郑教授说，“但最令人兴奋的是其可扩展性。”与传统光学系统规模增大后复杂度呈指数级增长不同，MASI的扩展呈线性增长——增加更多传感器即可提升性能，无需应对艰巨的对准挑战。

除了成像技术，这项研究更标志着工程领域的一次广泛变革：用计算突破曾被视为根本性的物理限制。据《自然·通讯》发表的研究成果，MASI通过将测量与同步解耦，开创了一个以软件（而非玻璃）定义光学系统观测能力的新领域。

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