Projeto de lente complexa de ponta a ponta com traçado de raios diferenciável

Sistemas de imagem têm sido projetados há muito tempo em etapas separadas: design óptico orientado pela experiência seguido de processamento de imagem sofisticado. Embora os avanços recentes em imagem computacional tenham como objetivo preencher a lacuna de forma integrada, os modelos de formação de imagem utilizados nessas abordagens têm sido bastante simplistas, baseados em modelos simples de ótica de onda, como a transformada de Fourier, ou em modelos paraxiais semelhantes. Esses modelos apoiam apenas a otimização de uma única superfície de lente, o que limita a qualidade de imagem alcançável. Para superar esses desafios, propomos uma estrutura geral de design de lente complexa de ponta a ponta, habilitada por um modelo de formação de imagem com traçado de raios diferenciável. Especificamente, nosso modelo se baseia no motor de renderização de traçado de raios diferenciável para renderizar imagens ópticas no campo completo, levando em consideração todas as aberrações em e off-axis governadas pela teoria da ótica geométrica. Nosso pipeline de design pode otimizar conjuntamente o módulo da lente e a rede de reconstrução de imagem para uma tarefa de imagem específica. Demonstramos a eficácia do método proposto em duas aplicações típicas, incluindo imagem de grande campo de visão e imagem de profundidade de campo estendida. Tanto os resultados de simulação quanto os experimentais mostram qualidade de imagem superior em comparação com designs de lente convencionais. Nossa estrutura oferece uma alternativa competitiva para o design de sistemas de imagem modernos.