香港城市大學(xué)博士生成功在300多名參賽者中脫穎而出，獲十佳超材料研究生學(xué)術(shù)新人獎(jiǎng)殊榮。

電機(jī)工程學(xué)系研究生劉小源研發(fā)出一系列新型超構(gòu)元件，較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)更輕巧靈活，適用於空中、陸地和水底的應(yīng)用場(chǎng)景。

她於5月舉行的第二屆全國超材料大會(huì)上，匯報(bào)她可用作拍攝海陸空影像的超構(gòu)透鏡研究。

超構(gòu)透鏡是由人造納米天線陣列組成的先進(jìn)光學(xué)設(shè)備，可廣泛配合新的應(yīng)用需求。傳統(tǒng)的光學(xué)成像系統(tǒng)通常由一組用於校正球差或色差的透鏡組成，體積龐大。使用多於一部相機(jī)時(shí)，會(huì)有一組複雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來校準(zhǔn)整個(gè)成像系統(tǒng)。超構(gòu)透鏡輕巧、可定製，與傳統(tǒng)光學(xué)鏡頭相比，能更靈活地配合各種科技應(yīng)用場(chǎng)景，特別是在空間有限和脆弱的環(huán)境中，如無人機(jī)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和微型潛艇。

在無人機(jī)航拍方面，劉小源設(shè)計(jì)的超構(gòu)透鏡配有互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）傳感器，這種更小型、輕巧的鏡頭，可以延長(zhǎng)飛行時(shí)間，推動(dòng)無人機(jī)攝影技術(shù)的發(fā)展。

小源說︰「以我們所知，這是首個(gè)應(yīng)用於無人機(jī)的超構(gòu)透鏡，能夠減低全機(jī)重量，延長(zhǎng)飛行時(shí)間。航拍機(jī)的重量與飛行時(shí)間成反比，而飛行時(shí)間會(huì)影響航拍機(jī)的運(yùn)作，因此減輕無人機(jī)成像和傳感設(shè)備的重量，是迫切需要解決的問題。」

小源及其團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)及製成圓周為2.6毫米、焦距為5.03毫米的獨(dú)立偏光氮化鎵（GaN）超構(gòu)透鏡，通過調(diào)整納米天線的各種尺寸，可以改變相位和透射率的光學(xué)特性。該超構(gòu)透鏡採用了相同厚度的鏡片，通過不同的相位編排，可得出所需的焦距。

由於單鏡頭成像獲得的光場(chǎng)信息是有限且特定的，因此團(tuán)隊(duì)提出運(yùn)用一種智能小巧的深度傳感超構(gòu)元件，用於陸上自動(dòng)駕駛。在深度學(xué)習(xí)的支援下，由3,600片消色差超構(gòu)透鏡形成的陣列，綜合了光場(chǎng)成像和結(jié)構(gòu)光成像功能，適用於不同光度的場(chǎng)景。

為了探索水底環(huán)境，小源和團(tuán)隊(duì)專門設(shè)計(jì)和製造了一對(duì)GaN雙目超構(gòu)透鏡，用於展示水下立體視覺和深度感知。她開發(fā)了適用於所有尺寸雙目視覺系統(tǒng)的廣義深度計(jì)算公式。在深度學(xué)習(xí)的支持下，該立體視覺系統(tǒng)可計(jì)算水下快速移動(dòng)物體的深度和作實(shí)時(shí)圖像計(jì)算。

小源說︰「我們研發(fā)的雙目超構(gòu)透鏡體積小巧，可在狹窄惡劣的水下環(huán)境使用。該系統(tǒng)由濾鏡、雙目超構(gòu)透鏡及CMOS傳感器組成。透過拍攝管道和多種魚類影像，演算法可得出不同的影像數(shù)據(jù)。」

小源的研究由電機(jī)工程學(xué)系蔡定平教授及陳沐谷教授負(fù)責(zé)指導(dǎo)。