Ученые изобрели камеру размером с рисовое зерно, образовав пленку, сопоставимую с традиционными линзами.

Недавно исследователи из Принстонского и Вашингтонского университетов разработали миниатюрную камеру размером с рисовое зерно, которая может делать полноцветные фотографии высокой четкости и играет важную роль в медицине и других профессиональных областях. Соответствующие статьи были опубликованы в «Nature Communications» 29 ноября.

Эта миниатюрная камера относится к области нейронанооптики и по своему необычному внешнему виду представляет собой инновационное сочетание технологий оптической поверхности и вычислительной обработки.

Во-первых, это оптическая поверхность. В традиционных камерах используются изогнутые стеклянные или пластиковые линзы, а в новой оптической системе миниатюрных камер используется технология формирования изображения «метаповерхность», которую можно производить как компьютерный чип.

Миниатюрная камера имеет ширину всего полмиллиметра на суперповерхности, в нее вставлено 1,6 миллиона цилиндров, и они примерно равны размеру вируса иммунодефицита человека (ВИЧ). Каждый цилиндр имеет уникальную геометрическую форму, а его функция подобна «электромагнитной антенне оптического диапазона». Изменение конструкции каждого цилиндра повлияет на правильное формирование всего оптического волнового фронта.

Второй – метод компьютерной визуализации. Чтобы захватить изображение RGB с большим полем обзора, размер, форма и положение миллионов цилиндров должны быть спроектированы и настроены вместе с алгоритмом. Шейн Колберн, один из авторов статьи, создал вычислительный симулятор для автоматического тестирования различных конструкций и конфигураций и разработал модель с достаточной точностью, чтобы приблизительно оценить возможности метаповерхности по созданию изображений для достижения требуемых характеристик изображения.

Преимущество этой миниатюрной камеры в том, что она может создавать четкие полноцветные изображения, и это самое высокое качество и самое широкое поле зрения среди полноцветных гиперповерхностных камер, разработанных до сих пор.

В прошлом миниатюрная камера имела ограниченное поле зрения и способность захватывать весь спектр видимого света, а изображение было размытым и сильно искаженным; новая миниатюрная камера могла создавать четкие и полноцветные изображения, за исключением того, что край изображение было немного размытым, что было в основном таким же, как и у традиционных линз с рефракционным составом, у последней из которых был объем в 500 000 раз больше, чем у нее.

Кроме того, по словам Феликса Хайде, доцента кафедры информатики в Принстоне, в отличие от предыдущих камер с метаповерхностями, которым для получения высококачественных изображений требуются чистые лазеры в лаборатории или другие идеальные условия, производительность новых миниатюрных камер в условиях естественного освещения значительно снижается. также был улучшен.

В будущем, скорее всего, появятся миниатюрные фотоаппараты. Колберн, доктор философии факультета электротехники и вычислительной техники Вашингтонского университета, также принимал участие в этом исследовании. Он руководит проектированием системы в компании Tunoptix, расположенной в Сиэтле, и планирует коммерциализировать технологию визуализации метаповерхностей.

В то же время доктор Джеймс Уайтхед из той же школы, что и Колберн, изготовил метаповерхность на основе нитрида кремния, стеклоподобного материала, совместимого со стандартными методами производства полупроводников, используемыми для компьютерных микросхем, что означает по сравнению с объективами в традиционных камерах, данная конструкция метаповерхности может быть легко произведена в серийном производстве с меньшими затратами.

Исследовательская группа сейчас усердно работает над увеличением вычислительной мощности самой камеры. Помимо оптимизации качества изображения, они также надеются расширить функции обнаружения объектов и применить их в медицине и робототехнике.

Например, миниатюрные камеры обладают большим потенциалом в обнаружении человеческих проблем и обеспечении чувствительности сверхмалых роботов. Они могут использоваться для малоинвазивных эндоскопов и медицинских роботов, а также могут улучшить визуализацию других роботов, ограниченных по размеру и весу.

Они также предполагали создать «поверхность как датчик», массив из тысяч «рисовых зерен», которые можно было бы использовать для полного зондирования сцены, превратив поверхность в камеру:

Мы можем превратить одну поверхность в камеру со сверхвысоким разрешением, так что вам больше не понадобятся три камеры на задней панели телефона, и вся задняя часть телефона станет огромной камерой. В будущем мы можем думать о совершенно других способах производства оборудования.

# Добро пожаловать, чтобы подписаться на официальный аккаунт Aifaner в WeChat: Aifaner (идентификатор WeChat: ifanr), более интересный контент будет предоставлен вам как можно скорее.

Ai Faner | Исходная ссылка · Посмотреть комментарии · Sina Weibo