Eine automatisierte computergestützte Methode zur Gestaltung von optischen Linsen von Bildgebungssystemen verspricht optimale Lösungen ohne menschliches Eingreifen, wodurch Zeit und Kosten gespart werden. Dies könnte zu verbesserten Kameras für Mobiltelefone mit höherer Qualität oder neuen Funktionen führen. Das DeepLens-Designverfahren, entwickelt von Xinge Yang, Qiang Fu und Wolfgang Heidrich an der KAUST, basiert auf dem Konzept des “Curriculum Learning”, das einen strukturierten, iterativen und gestuften Ansatz verwendet und die wichtigsten Parameter des Bildgebungssystems berücksichtigt, wie etwa Auflösung, Blende und Blickfeld.
Künstliche Intelligenzsysteme haben, ähnlich wie Menschen, Schwierigkeiten, komplexe Aufgaben ohne Anleitung zu erlernen. Curriculum Learning zerlegt eine komplexe Aufgabe, wie die Gestaltung eines komplexen Linsensystems, in einzelne Meilensteine von zunehmender Komplexität, die schrittweise die Anforderungen an Auflösung, Blendengröße und Blickfeld erhöhen. Das Schema benötigt keinen menschlichen Designansatz als Ausgangspunkt, sondern kann sein eigenes Design eines optischen Systems erstellen, das mehrere hintereinandergeschaltete Brechkörperlinselemente umfasst, jedes mit eigenen individuellen Formen und Eigenschaften, um die beste Gesamtleistung zu erzielen.
Die DeepLens-Methode hat sich bereits als äußerst effektiv bei der Erstellung sowohl klassischer optischer Entwürfe als auch einer erweiterten Tiefenschärfenberechnungslinse erwiesen. Sie wurde in einem Formfaktor von Mobiltelefonen mit großem Blickfeld getestet, wobei Linsenelemente mit stark asphärischen Oberflächen und kurzer Brennweite verwendet wurden. Das Verfahren ist derzeit nur auf Brechkörperlinsenelemente anwendbar, aber das KAUST-Team arbeitet daran, das Schema auf hybride optische Systeme zu erweitern, die Brechkörperlinsen mit diffraktiven Optiken und Metallinsen kombinieren. “Dadurch wird die weitere Miniaturisierung von Bildgebungssystemen möglich und neue Funktionen wie spektrale Kameras und gemeinsame Farbtiefebilder freigesetzt”, erklärte Yang.