Имитация работы зрительной системы человека считается сложной задачей из-за чрезвычайно сложных оптических элементов. В новой работе исследователи показывают, что можно создать систему линз, воспроизводящую определенные характеристики человеческого зрения, используя простые сферические оптические компоненты.

Гийом Аллен из Университета Лаваля в Канаде представит это исследование на конференции Optica Design and Fabrication Conference, которая пройдет с 4 по 8 июня 2023 года в Квебеке, Канада.

«Наличие физической модели глаза, которая обеспечивает точную визуализацию всего диапазона зрения человеческого глаза, а также биологически точного зрачка, может стать важным инструментом в обеспечении качества устройств, которые мы используем в развлекательных или медицинских целях», — сказал Аллен.

Воспроизведение зрительной системы человека требует глубокого понимания того, как она работает. Однако оптические элементы, такие как материалы с переменным индексом или изогнутые светочувствительные поверхности, а также требования к широкому полю зрения и многоуровневой обработке изображений могут затруднить изучение зрительной системы человека, как если бы это была традиционная оптическая система.

В новом исследовании ученые сообщают о новом подходе к пониманию и визуализации оптических характеристик человеческого глаза таким образом, который может быть использован для разработки имитирующей их системы линз. Для этого они использовали две различные вычислительные модели глаза для получения ключевых оптических измерений: входного зрачка, разрешения на основе функции передачи модуляции и относительной освещенности.

Затем эти измерения были использованы для создания простой оптической конструкции, требующей только сферических поверхностей. Система линз была разработана таким образом, чтобы сначала воспроизвести сцену с нужным количеством деталей для имитации ухудшения качества изображения в поле зрения человека. Поскольку форма и положение зрачка также являются важным требованием для некоторых приборов, точная эмуляция зрачка также была одним из аспектов этого исследовательского проекта.

Чтобы проверить, насколько хорошо работает этот подход, исследователи сравнили производительность разработанной ими системы линз с производительностью зрительной системы человека. Оценка качества показала, что новая конструкция, требующая минимальной оптимизации, может легко воспроизвести качество зрительной системы человека, не требуя асферических компонентов, которые увеличивают сложность системы. На самом деле, первоначальный дизайн можно было упростить, удалив некоторые поверхности, и все равно добиться качества, схожего с человеческим зрением.

«В настоящее время мы рассматриваем возможность дальнейшего упрощения конструкции плоской камеры и возможность добавления изогнутого датчика изображения, вдохновленного кривизной сетчатки человеческого глаза», — сказал Аллейн.