Fugu-MT 論文翻訳(概要): End-to-End Hybrid Refractive-Diffractive Lens Design with Differentiable Ray-Wave Model

論文の概要: End-to-End Hybrid Refractive-Diffractive Lens Design with Differentiable Ray-Wave Model

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.00834v1
Date: Sun, 2 Jun 2024 18:48:22 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2024-06-06 03:07:06.164700
Title: End-to-End Hybrid Refractive-Diffractive Lens Design with Differentiable Ray-Wave Model
Title（参考訳）: 微分可能なレイウェーブモデルを用いたハイブリッド屈折回折レンズの設計
Authors: Xinge Yang, Matheus Souza, Kunyi Wang, Praneeth Chakravarthula, Qiang Fu, Wolfgang Heidrich,
Abstract要約: 本稿では,光収差と拡散位相変調の両方を正確にシミュレーションするためのハイブリッド光線トレーシングと波動伝搬(光波)モデルを提案する。提案したレイウェーブモデルは完全に微分可能であり、屈折回折レンズ最適化と画像再構成ネットワークのエンドツーエンド共設計のための勾配バックプロパゲーションを可能にする。
参考スコア（独自算出の注目度）: 18.183342315517244
License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
Abstract: Hybrid refractive-diffractive lenses combine the light efficiency of refractive lenses with the information encoding power of diffractive optical elements (DOE), showing great potential as the next generation of imaging systems. However, accurately simulating such hybrid designs is generally difficult, and in particular, there are no existing differentiable image formation models for hybrid lenses with sufficient accuracy. In this work, we propose a new hybrid ray-tracing and wave-propagation (ray-wave) model for accurate simulation of both optical aberrations and diffractive phase modulation, where the DOE is placed between the last refractive surface and the image sensor, i.e. away from the Fourier plane that is often used as a DOE position. The proposed ray-wave model is fully differentiable, enabling gradient back-propagation for end-to-end co-design of refractive-diffractive lens optimization and the image reconstruction network. We validate the accuracy of the proposed model by comparing the simulated point spread functions (PSFs) with theoretical results, as well as simulation experiments that show our model to be more accurate than solutions implemented in commercial software packages like Zemax. We demonstrate the effectiveness of the proposed model through real-world experiments and show significant improvements in both aberration correction and extended depth-of-field (EDoF) imaging. We believe the proposed model will motivate further investigation into a wide range of applications in computational imaging, computational photography, and advanced optical design. Code will be released upon publication.
Abstract（参考訳）: ハイブリッド屈折レンズは、屈折レンズの光効率と回折光学素子(DOE)の情報符号化能力を組み合わせることで、次世代のイメージングシステムとして大きな可能性を秘めている。しかし、そのようなハイブリッドデザインを正確にシミュレートすることは一般的に困難であり、特に、十分な精度でハイブリッドレンズに対して、既存の微分可能な画像形成モデルが存在しない。本研究では,光収差と回折位相変調の両方を正確にシミュレーションするハイブリッド光線トレーシングと波動伝搬(光波)モデルを提案する。このモデルでは,DOEを最終屈折面と画像センサの間に配置し,DOEの位置としてよく使用されるフーリエ面から遠ざける。提案したレイウェーブモデルは完全に微分可能であり、屈折回折レンズ最適化と画像再構成ネットワークのエンドツーエンド共設計のための勾配バックプロパゲーションを可能にする。提案手法の精度は,PSF(simulated point spread function)と理論的結果を比較して検証し,Zemaxのような商用ソフトウェアパッケージに実装されたソリューションよりも精度の高いモデルを示すシミュレーション実験を行った。実世界の実験により提案モデルの有効性を実証し,収差補正と拡張深度画像(EDoF)の両面において有意な改善を示した。提案モデルは、コンピュータ画像、計算写真、高度な光学設計における幅広い応用のさらなる研究の動機となると信じている。コードは出版時に公開される。

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