論文の概要: Computational metaoptics for imaging

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.09133v1
• Date: Thu, 14 Nov 2024 02:13:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-15 15:24:43.462217
• Title: Computational metaoptics for imaging
• Title（参考訳）: イメージングのための計算メタ光学
• Authors: Charles Roques-Carmes, Kai Wang, Yuanmu Yang, Arka Majumdar, Zin Lin,
• Abstract要約: 計算メタ光学(Computational Metaoptics)は,地表面の物理的波面形成能力と高度な計算アルゴリズムを組み合わせることで,従来の限界を超えて画像性能を向上させる。 メタ曲面を物理プレコンディショナーとして扱い、エンド・ツー・エンド(逆)設計で再構成アルゴリズムと共設計することにより、光学ハードウェアと計算ソフトウェアを協調的に最適化することができる。 位相イメージングや量子状態測定など、計算メタ光学によって実現された高度な応用が強調されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.105460926371459
• License:
• Abstract: Metasurfaces -- ultrathin structures composed of subwavelength optical elements -- have revolutionized light manipulation by enabling precise control over electromagnetic waves' amplitude, phase, polarization, and spectral properties. Concurrently, computational imaging leverages algorithms to reconstruct images from optically processed signals, overcoming limitations of traditional imaging systems. This review explores the synergistic integration of metaoptics and computational imaging, "computational metaoptics," which combines the physical wavefront shaping ability of metasurfaces with advanced computational algorithms to enhance imaging performance beyond conventional limits. We discuss how computational metaoptics addresses the inherent limitations of single-layer metasurfaces in achieving multifunctionality without compromising efficiency. By treating metasurfaces as physical preconditioners and co-designing them with reconstruction algorithms through end-to-end (inverse) design, it is possible to jointly optimize the optical hardware and computational software. This holistic approach allows for the automatic discovery of optimal metasurface designs and reconstruction methods that significantly improve imaging capabilities. Advanced applications enabled by computational metaoptics are highlighted, including phase imaging and quantum state measurement, which benefit from the metasurfaces' ability to manipulate complex light fields and the computational algorithms' capacity to reconstruct high-dimensional information. We also examine performance evaluation challenges, emphasizing the need for new metrics that account for the combined optical and computational nature of these systems. Finally, we identify new frontiers in computational metaoptics which point toward a future where computational metaoptics may play a central role in advancing imaging science and technology.
• Abstract（参考訳）: 準波長の光学素子からなる超薄膜構造は、電磁波の振幅、位相、偏光、スペクトル特性を正確に制御することで光操作に革命をもたらした。 同時に、計算画像はアルゴリズムを利用して光学的に処理された信号から画像を再構成し、従来のイメージングシステムの限界を克服する。 本稿では, メタオプティクスと計算画像の相乗的統合, 計算メタオプティクス(Computational Metaoptics)について考察する。 計算メタ光学は, 計算効率を損なうことなく多機能性を実現する上で, 単層メタ曲面の固有の限界にどのように対処するかを論じる。 メタ曲面を物理プレコンディショナーとして扱い、エンド・ツー・エンド(逆)設計で再構成アルゴリズムと共設計することにより、光学ハードウェアと計算ソフトウェアを協調的に最適化することができる。 この総合的なアプローチは、画像の能力を大幅に向上させる最適な地表面設計と再構築方法の自動発見を可能にする。 位相イメージングや量子状態測定など、計算メタ光学によって実現された高度な応用は、複雑な光場を操作するメタ曲面の能力と高次元情報を再構成する計算アルゴリズムの能力の恩恵を受けている。 また,性能評価の課題についても検討し,これらのシステムにおける光学的および計算的特性の組合せを考慮した新しい指標の必要性を強調した。 最後に,計算メタオプティクスにおける新たなフロンティアを同定し,計算メタオプティクスが画像科学と技術の進歩において中心的な役割を果たす可能性を示す。

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