该原型相机使用混合机制，包括放置在传感器前方 5 毫米处的折射透镜和直接放置在折射透镜前面的基于超材料的光学元件。
利用使“隐形斗篷”成为可能的光扭曲物理学，科学家们开发了一种小型、轻便的相机，它可以拍摄出与商业数码相机一样好或更好的照片，体积是商业数码相机的 100 多倍，可用于一项新的研究发现，智能手机和其他便携式设备。
现代相机通常有多个镜头，可以帮助它们捕捉高质量的图像，但也使相机变得又大又重。这种体积使高端相机无法轻松集成到智能手机、无人机和视频设备等移动设备中。
新的单镜头设备拍摄的图像分辨率与专业级索尼相机相当，所占体积不到索尼光学器件的百分之一。
为了使相机小型化，科学家们越来越多地探索由超结构制成的平面光学器件——这种材料的结构包含重复图案，其尺度小于任何被设计用来操纵的结构的特征波长。用于操纵电磁辐射的光学超结构可以以意想不到的方式弯曲光线，从而产生纳米级隐形斗篷和其他设备。
帮助小型化相机的另一种策略是计算成像，它使用软件来纠正光学组件的任何缺陷。先前的研究表明，将由超材料制成的光学器件（也称为超光学器件）与计算成像相结合，可能会使用仅几微米厚的光学器件产生高质量的图片。
设计超光学时的一个主要问题是研究人员在对光与所有光学元件之间的复杂相互作用进行计算建模时面临着巨大的困难。芬兰坦佩雷大学的研究合著者Karen Egiazarian表示，这意味着尽管超光学在理论上具有巨大潜力，但科学家最终制造的超光学材料通常提供的图像质量明显低于传统光学方法。
在这项新研究中，研究人员探索了一种“硬件在环”策略，在该策略中，他们使用实际镜头和传感器进行实验，而不是对这些组件的行为进行计算建模。研究人员指出，这有助于将开发超光学的处理需求显着降低至少一百倍，并将内存需求降低至少十倍。
由此产生的混合元光学器件由一个 4.5 毫米厚的标准折射透镜组成，上面覆盖着一层 500 μm 厚的石英元光学薄膜，上面涂有 700 纳米高的方形氮化硅柱。在实验中，科学家们使用混合元光学和计算成像技术拍摄 0.5 至 1.8 米外的图像照片。
研究人员说，这种新的单镜头设备拍摄的全彩照片质量与使用索尼 SEL85F18 复合镜头的商用索尼 Alpha 1 III无反光镜相机拍摄的照片质量一样好或更好。
“与最先进的技术相比，这种硬件在环方法能够产生更好的光学器件，”同样来自坦佩雷大学的研究合著者Vladimir Katkovnik说。
同时，新设备体积不到索尼系统的百分之一。“我认为目前最有影响力的应用是为智能手机设计新一代定制相机，”英国哈威尔科学技术设施委员会的研究主要作者塞缪尔皮尼拉说。“我们也对生物医学应用感兴趣。” Egiazarian 说，未来的研究还可以探索元光学应用，例如高光谱成像和图像分类。
新设备的混合元光学器件只有 5 毫米宽。未来，研究人员建议他们可以开发更宽的元光学器件，收集更多的光以获得更高的图像质量。然而，坦佩雷的研究合著者Igor Shevkunov说，制造这种光学器件“仍然是一个发展中的领域，需要在这方面取得更多突破才能成功实施给定的设计” 。科学家们于 5 月 26 日在《科学进展》杂志上在线详细介绍了他们的发现。
