在景晓丽老师、尤睿老师的指导下，光电学院本科生殷泽涛和潘晟在智能微系统实验室开展科研探索，参与完成的研究成果发表于国际光学期刊《Optics  Express》。该期刊为中科院二区期刊。

这项研究聚焦三维视觉感知，将宽视场超透镜与智能算法相结合，开发出一套紧凑型视觉感知系统。它不仅能够获取场景图像，还可以从单帧图像中估计目标远近、识别目标类别。从一片毫米尺度的超透镜，到一套能够理解空间信息的视觉系统，这群本科生正在用自己的专业知识，探索机器感知世界的新方式。而这一探索，也在智能微系统实验室的一次次讨论、实验和验证中，逐渐从设想走向现实。在老师的指导下，本科生真正走进科研过程，开始面对课本之外的真实问题。（https://doi.org/10.1364/OE.605731）

让机器看见，还要让机器理解

三维视觉，是机器认识真实世界的重要基础。在自动驾驶、移动机器人、无人配送等场景中，设备不仅需要“看见”前方的行人和车辆，还需要判断目标的位置和远近。但传统三维视觉系统往往需要较长的光路、多个光学元件，甚至需要多个相机或额外的测距设备。系统越复杂，体积、重量和集成难度也随之增加。如何在保持视觉感知能力的同时，进一步缩小设备体积？围绕这一问题，团队把目光投向了超透镜。

一片超透镜，撑起紧凑型视觉系统

超透镜不同于常见的传统透镜。它的表面排列着大量微纳结构，可以在一层超薄平面上精细调控光线。凭借结构紧凑、重量轻、设计灵活等特点，超透镜为成像设备的小型化提供了新的技术路径。基于此，团队设计了一片工作于940  nm波段的宽视场超透镜。为了兼顾画面中心和边缘的成像效果，他们围绕30°视场范围进行优化，让超透镜能够在不同视场角下完成有效成像。随后，团队将制备完成的超透镜集成到图像传感器前端。最终搭建的成像系统尺寸仅为：31mm×31mm×7mm。从微纳结构设计，到器件制备与系统集成，一套宽视场成像系统，被装进了一个小型模块中。

光学负责成像，算法负责“读懂”场景

获得图像之后，系统还要进一步理解图像中的信息。为此，团队构建了一套双分支智能感知框架。其中一条分支负责深度估计，根据单帧图像分析场景中不同区域的相对远近；

另一条分支负责目标检测，识别并定位画面中的目标。最后，系统将目标检测结果与深度信息进行关联。这样一来，机器获得的不再只是一张二维图像。它还能够进一步判断：画面中有什么？目标位于哪里？不同目标之间有怎样的远近关系？需要说明的是，超透镜主要负责形成宽视场图像，深度信息则由后端算法根据图像进行估计。一端是轻量化的光学器件，一端是智能化的计算方法。二者协同工作，让这套紧凑型系统同时具备宽视场成像、深度估计和目标识别能力。

从4米到12米，逐步验证深度分辨能力

系统究竟能否分辨物体之间的远近差异？团队设计了多组受控实验。实验中，两个目标被放置在不同的轴向位置。

通过不断改变它们之间的距离，团队观察系统能否在深度图中将两个目标区分开来。结果显示：在4.125米的工作距离下，系统能够分辨10毫米的深度差；在8米处，深度分辨率为30毫米；在10米处，深度分辨率为40毫米；在12米处，深度分辨率为60毫米。随着工作距离增加，系统分辨细小深度差异的难度也随之上升。团队没有只用单一距离说明系统性能，而是通过不同工作距离下的测试，呈现了系统深度分辨能力随距离变化的实际情况。

从室内实验，走向室外场景

完成受控实验后，团队进一步将系统带到室外。测试中，目标分别被放置在距离相机4.7米、10米和14.5米的位置。系统采集单帧图像后，同时生成深度估计结果和目标检测结果。在较近距离下，目标轮廓和深度层次较为清晰；当距离增加到10米时，虽然部分局部细节有所减弱，目标仍然能够被识别和定位；即使目标位于14.5米处，深度图中的噪声和模糊有所增加，系统仍能保持目标与背景之间的相对深度差异，并完成相应的目标检测。从室内的深度分辨实验，到室外的目标感知测试，团队逐步验证了这套系统在不同距离和场景下的工作能力。

一套小系统，连接多个应用场景

这项研究的意义，不只是把镜头做得更薄、把设备做得更小。更重要的是，团队尝试把微纳光学与智能算法连接起来，在紧凑架构中同时完成成像、深度估计和目标识别。未来，类似的视觉感知系统有望应用于自动驾驶、无人配送、移动机器人以及近距离环境建图等场景。对于这些设备而言，可用空间和负载能力往往十分有限。平面化、轻量化且易于集成的超透镜，为视觉系统进一步缩小体积、缩短光路提供了一种新的可能。从一片超透镜出发，团队架起了光学研究通向智能感知应用的桥梁。

本科生，也能走进科研前沿

这篇论文的背后，也是一段本科生走进实验室、参与真实科研的经历。

在老师的指导下，他们从专业学习一步步走进科研实践，开始接触真实的研究问题，也逐渐参与到方案设计、系统搭建、实验验证和论文总结之中。科研没有现成的标准答案。它需要从问题出发，不断提出设想、开展实验，再根据结果反复分析和调整。从超透镜设计与制备，到成像模块集成；从智能感知框架构建，到不同距离下的实验验证；从整理研究结果，到论文发表于《Optics  Express》，这项工作经历了一个较为完整的科研过程。本科阶段的学习，不只发生在课堂和书本中。当专业知识走进实验室，当一个设想经过一次次实验被验证，本科生同样可以参与前沿探索，也可以围绕真实问题，做出扎实而有价值的研究成果。

此次论文发表，是仪器科学与光电工程学院本科科研训练的一次成果展示，也是同学们从课堂走向科研、从理论走向实践的一次生动尝试。更多年轻的科研故事，仍在实验室中悄然生长。（供稿/供图：光电学院  殷泽涛  编辑/审核：郭辉）