Камеры становятся всё меньше и меньше. Но последнее изобретение учёных не просто невероятно крошечное - такого же размера, как крупица соли - но и способно создавать изображения гораздо лучшего качества, чем многие другие "большие" камеры.
Ключевым элементом новой камеры является металинза.
Используя технологию, известную как метаповерхность (поверхность, покрытую 1,6 миллиона микроскопических цилиндрических столбиков), такая камера может снимать полноцветные фотографии, не уступающие по качеству изображениям, снятым обычными линзами, примерно в полмиллиона раз больше, чем эта конкретная металинза.
Зачем миру настолько миниатюрные камеры? Чтобы заглянуть туда, куда раньше глаз человека заглянуть не мог. Сверхмалая камера может быть полезна в целом ряде сценариев, от помощи миниатюрным мягким роботам в исследовании мира до предоставления экспертам лучшего представления о том, что происходит глубоко внутри человеческого тела.
«Было непросто [сначала] спроектировать, [а затем] сконфигурировать эти микроструктуры, чтобы они делали то, что мы хотели, - разъясняет учёный Итан Цэн из Принстонского университета в Нью-Джерси. - Для этой конкретной задачи, захвата изображений RGB с большим полем обзора, ранее было непонятно, как спроектировать миллионы наноструктур вместе с алгоритмами постобработки».
Одна из особых уловок камеры - это то, как она сочетает в себе аппаратное обеспечение с последующей обработкой собранных данных компьютером для улучшения снятого изображения: алгоритмы обработки сигналов используют методы машинного обучения для уменьшения размытости и других искажений, которые в противном случае возникают с камерами такого размера.
То есть ультраминиатюрная камера эффективно использует программное обеспечение для "улучшения зрения".
Любопытно, что в дальнейшем эти алгоритмы можно будет использовать не только для улучшения изображений. Их можно использовать и для автоматического обнаружения определённых объектов, которые может искать камера, например, признаков болезни внутри человеческого тела.
Эта обработка добавлена к конструкции метаповерхности, которая заменяет обычные изогнутые стеклянные или пластиковые линзы металинзой шириной всего полмиллиметра.
Каждый из 1,6 миллиона цилиндров был индивидуально разработан для наилучшего захвата изображения того, что находится перед камерой. Оптимальную конфигурацию столбиков металинзы моделировали при помощи компьютера.
«Значимость опубликованной работы заключается в завершении титанической задачи по совместному проектированию размера, формы и местоположения миллиона особенностей метаповерхности, а также параметров обработки после обнаружения для достижения желаемых характеристик изображения», - говорит консультант по компьютерным изображениям Джозеф Мейт, не принимавший участия в данном исследовании.
Стеклоподобный нитрид кремния, из которого сделана метаповерхность, представляет собой материал, который подходит для традиционных процессов производства электроники. Это означает, что в дальнейшем будет не так сложно масштабировать производство этих крошечных камер (с использованием процедур и оборудования, которые уже используются).
Так что, хотя предстоит проделать ещё много работы, чтобы довести это изобретение от лаборатории до коммерческого производства, мы уже можем надеяться, что это возможно. Как только это будет сделано, у нас будет доступ к сверхмалым камерам, которые тоже смогут делать приличные снимки.
Есть еще одно потенциальное применение таких миниатюрных камер: использование их в качестве внешнего слоя для превращения целых поверхностей в камеры. Это устранит необходимость в обычной камере над экраном ноутбука или на задней панели смартфона.
«Мы могли бы превратить отдельные поверхности в камеры со сверхвысоким разрешением, так что вам больше не понадобятся три камеры на задней панели телефона: вся задняя часть телефона станет одной гигантской камерой», - мечтает Феликс Хайде из Принстонского университета.
Благодаря таким изобретениям мы сможем думать о совершенно других способах создания устройств в будущем, резюмируют разработчики.
Описание разработки было опубликовано в издании Nature Communications.
Мы пишем про достижения науки, суперсовременные технологии и их внедрение, рассказываем о том, каким будет будущее. Если вам нравятся наши новости, подписывайтесь на наш канал и не забывайте ставить лайки. Эти нехитрые действия помогают нам в развитии и сборе средств для финансирования проекта.
Также наши сообщества есть в Telegram, twitter, ВК, Facebook, "Одноклассниках". Приходите, если вы бываете там чаще, чем на Дзене.
