Die Nachahmung der Leistung des menschlichen visuellen Systems gilt aufgrund der äußerst komplexen optischen Elemente als schwieriges Unterfangen. In einer neuen Arbeit zeigen Forscher, dass es möglich ist, mithilfe einfacher sphärischer optischer Komponenten ein Linsensystem zu entwickeln, das bestimmte Eigenschaften des menschlichen Sehvermögens nachbildet.
Guillaume Allain von der Université Laval in Kanada wird diese Forschung auf der präsentieren Optica Design- und Fertigungskonferenzdie vom 4. bis 8. Juni 2023 in Quebec City, Kanada, stattfinden wird.
„Ein physisches Augenmodell zu haben, das eine genaue Wiedergabe des gesamten Sehbereichs eines menschlichen Auges sowie eine biologisch genaue Pupille bietet, kann ein wichtiges Instrument bei der Qualitätssicherung von Geräten sein, die wir zu Unterhaltungs- oder medizinischen Zwecken verwenden“, sagte er Allain.
Die Nachbildung des menschlichen Sehsystems erfordert ein gründliches Verständnis seiner Funktionsweise. Optische Elemente wie Materialien mit variablem Index oder gekrümmte lichtempfindliche Oberflächen sowie Anforderungen an ein großes Sichtfeld und eine mehrschichtige Bildverarbeitung können es jedoch schwierig machen, das menschliche visuelle System so zu untersuchen, als wäre es ein herkömmliches optisches System.
In der neuen Forschung berichten Forscher über einen neuen Ansatz zum Verständnis und zur Visualisierung der optischen Leistung des menschlichen Auges auf eine Weise, die zur Entwicklung eines Linsensystems verwendet werden kann, das diese nachahmt. Dazu verwendeten sie zwei verschiedene rechnerische Augenmodelle, um wichtige optische Messungen zu extrahieren: die Eintrittspupille, die Auflösung basierend auf der Modulationsübertragungsfunktion und die relative Beleuchtung.
Diese Messungen wurden dann verwendet, um ein einfaches optisches Design zu erstellen, das nur sphärische Oberflächen erforderte. Das Linsensystem wurde entwickelt, um zunächst eine Szene mit genau der richtigen Detailgenauigkeit darzustellen, um die Verschlechterung der Bildqualität im menschlichen Sichtfeld nachzuahmen. Da die Form und Position der Pupille bei einigen Instrumenten ebenfalls wichtige Anforderungen darstellt, war die genaue Nachbildung der Pupille ebenfalls ein Aspekt dieses Forschungsprojekts.
Um zu sehen, wie gut dieser Ansatz funktionierte, verglichen die Forscher die Leistung des von ihnen entwickelten Linsensystems mit der des menschlichen Sehsystems. Diese Qualitätsbewertung ergab, dass das neue Design, das nur minimale Optimierungen erforderte, die Qualität des menschlichen Sehsystems problemlos reproduzieren konnte, ohne dass asphärische Komponenten erforderlich waren, die die Komplexität des Systems erhöhen. Tatsächlich könnte das ursprüngliche Design durch das Entfernen einiger Oberflächen gelockert werden und dennoch eine Qualität erreicht werden, die der des menschlichen Sehens ähnelt.
„Wir prüfen derzeit weitere Vereinfachungen im Design einer Flachkamera und wie die Hinzufügung eines gekrümmten Bildsensors, der von der Krümmung der Netzhaut des menschlichen Auges inspiriert ist, in dieser Hinsicht helfen könnte“, sagte Allain.