攝影技術即將迎來一場革命，未來的相機可能無需透鏡，這一變革的影響或將與從膠卷轉向數碼攝影的過程同樣深遠。康奈爾大學的研究團隊開發出一種新型成像技術，預示著光學成像的規則將被重新定義，這種技術能夠在不依賴笨重透鏡或繁瑣的物理對齊的情況下實現超高解析度的影像。
這一突破來自於郭安正教授的實驗室，研究人員從不尋常的來源獲取靈感，即事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope），這是一個全球性的射電望遠鏡陣列，首次捕捉到了黑洞的影像。該系統通過整合多個望遠鏡的數據來模擬一個更大的望遠鏡，然而，將這一概念轉化為可見光的過程長期以來一直被認為不切實際。光學波長遠短於射電波，即使是微小的傳感器錯位也可能摧毀影像質量。直到現在，以納米級精度同步光學傳感器幾乎是一項不可能的任務。
郭教授及其團隊採取了不同的方法，完全避開了物理同步的問題。最終研發出多尺度孔徑合成成像器（Multiscale Aperture Synthesis Imager，簡稱 MASI）。MASI並不強求傳感器完美協同，而是允許每個傳感器獨立測量光線。隨後，計算算法會同步數據，重建出一幅完整的影像。
此項技術的核心是一個長期存在的技術問題，郭教授指出，合成孔徑成像——使事件視界望遠鏡能夠成像黑洞的方法——是通過一致地整合多個分散的傳感器的測量結果來模擬一個更大的成像孔徑。MASI用位於不同衍射平面點的編碼傳感器陣列取代了透鏡。每個傳感器捕捉包含光與物體互動的亮度和相位信息的原始衍射圖樣。這些測量結果經過處理，以恢復每個傳感器的複雜波場，然後將波場數字填充並數值傳播回物體平面。計算相位同步方法逐步對齊數據，最大化合成影像的相干性。
這種以軟件驅動的同步方法消除了多年来阻礙實用光學合成孔徑系統的剛性干涉設置。最終的結果是，一個虛擬的孔徑，遠大於任何單個傳感器。MASI的優勢十分顯著，能夠在幾厘米的工作距離內達到亞微米的解析度，且無需透鏡。傳統光學系統通常在解析度、視場和物體距離之間進行取捨，而MASI則打破了這一限制。
該系統的能力通過成像一個子彈彈殼而得到驗證，捕捉到微米級的細節，如擊針印記。這些標記可以用來將彈藥與特定的火器聯繫起來，顯示其潛在的法醫應用。郭教授表示，MASI的潛在應用範圍涵蓋法醫科學、醫療診斷、工業檢查和遠程感測等多個領域。最令人興奮的是該系統的可擴展性，與傳統光學系統相比，MASI在擴展時的複雜度呈線性增長，增加更多傳感器能提升能力，而不會引入過高的對齊挑戰。
除了成像，這項工作還強調了工程領域更廣泛的轉變：利用計算來繞過曾被認為是根本性的物理限制。通過解耦測量與同步，MASI開創了一個新的領域，在這裡，軟件而非玻璃決定了光學系統的視野，這一發現已在《自然通訊》上發表。
