Technológia: Kamera s veľkosťou zrna SALT dokáže zachytiť ostré, plnofarebné obrázky, ako napríklad „šošovky 500 000-krát väčšie“

Napriek množstvu soli dokáže nová mikroskopická kamera zachytiť ostré, plnofarebné snímky paralelne s 500 000-krát väčšími bežnými šošovkami.

Ultrakompaktné optické zariadenie vyvinul tím výskumníkov z Princetonskej univerzity a Washingtonskej univerzity.

Rieši problémy s predchádzajúcimi návrhmi kamier v mikromeradle, ktoré majú tendenciu vytvárať skreslené a rozmazané obrázky pri veľmi nízkej viditeľnosti.

Nová kamera umožní supermaličkým robotom vnímať svoje okolie alebo pomôže lekárom diagnostikovať problémy v ľudskom tele.

Vo vnútri tradičného fotoaparátu plnej veľkosti sa na zaostrenie prichádzajúceho svetla na film alebo digitálny snímač používajú zakrivené sklenené alebo plastové šošovky.

Naproti tomu malá kamera, ktorú vyvinul počítačový vedec Ethan Cheng a jeho kolegovia, sa spolieha na špeciálnu „metaserface“ s 1,6 miliónmi valcových stĺpikov – každý má veľkosť vírusu HIV – ktorý mení správanie svetla.

Každý zo stĺpikov so šírkou 0,5 milimetra má jedinečný tvar, ktorý mu umožňuje fungovať ako anténa.

Algoritmy strojového učenia vysvetľujú interakciu so svetlom v každom príspevku a premieňajú ho na obrázok.

Fotografie nasnímané prenosným zariadením poskytujú vysokokvalitné snímky so širokým pohľadom na akúkoľvek doteraz vyvinutú plnofarebnú metapovrchovú kameru.

Predchádzajúce návrhy mali problémy so zachytením veľkých skreslení obrazu, obmedzeného zorného poľa a celého spektra viditeľného svetla – ‚RGB‘ zobrazovanie, pretože vytvára kombináciu základných farieb červenej, zelenej a modrej v iných farbách, rovnako ako kombinácia červenej, žltej a modrej na základnej škole.

S výnimkou mierneho rozmazania pri okrajoch záberu sú snímky zachytené malým fotoaparátom porovnateľné s tými, ktoré boli nasnímané bežným kamerovým systémom plnej veľkosti so šiestimi refrakčnými šošovkami.

Ak by predchádzajúce kamery s metapovrchom produkovali obrázky dobrej kvality, kamera by fungovala dobre v prirodzenom svetle namiesto čistého laserového svetla alebo iných ideálnych podmienok.

Pán Cheng z Princetonskej univerzity v New Jersey povedal: „Navrhovanie a budovanie týchto malých mikroštruktúr je výzvou.

Prekonáva problémy s predchádzajúcimi návrhmi kamier v mikromeradle, ktoré majú tendenciu vytvárať iba skreslené a rozmazané obrázky pri veľmi nízkej viditeľnosti. Obrázok: Obrázky kvetu nasnímané predchádzajúcou sofistikovanou mikroskopickou kamerou (vľavo) a novým dizajnom (vpravo)

Pre túto konkrétnu úlohu zachytenia RGB obrázkov vo veľkom meradle je to náročné, pretože existujú milióny týchto malých mikroštruktúr. [on the metasurface], A nie je jasné, ako ich optimálne navrhnúť.‘

Aby sa to vyrovnalo, Shane Colburn, odborník na optiku z University of Washington, vyvinul digitálny model, ktorý simuluje návrhy metapovrchov a ich fotografický výstup, čo umožňuje výskumníkom vyhodnotiť a vylepšiť rôzne konfigurácie.

Podľa profesora Colburna počet antén na každom povrchu a zložitosť ich interakcií so svetlom umožňuje každému simulátoru využívať „veľké množstvo pamäte a času“.

S výnimkou mierneho rozmazania v blízkosti okrajov záberu sú snímky zachytené malým fotoaparátom (vľavo) porovnateľné so snímkami zhotovenými bežným kamerovým systémom plnej veľkosti (vpravo) so šiestimi refrakčnými šošovkami.

„Aj keď prístup k optickému dizajnu nie je nový, bol to prvý systém, ktorý využíval povrchovú optickú technológiu na prednej strane a neurologické spracovanie na zadnej strane,“ povedal Joseph Might, optický inžinier, ktorý sa na štúdii nezúčastnil.

„Vytvorenie veľkosti, tvaru a umiestnenia milióna prvkov metaserface a parametrov procesu po detekcii na dosiahnutie požadovaného zobrazovacieho výkonu je náročná úloha,“ dodal Might.

Tím teraz pracuje na pridaní výpočtových možností do fotoaparátu – obe tieto funkcie sa kombinujú na ďalšie zlepšenie kvality obrazu, ale aj na nájdenie objektov, ktoré sú užitočné pre praktické aplikácie.

Ako používať mikroskopickú kameru?

Obrázok: Malá kamera, ktorá sa spolieha na špeciálny „metapovrch“ so stĺpikmi, ktoré môžu zmeniť správanie svetla.

Podľa vedcov môže byť kamera použitá na menších robotoch, kde ovládanie veľkosti a hmotnosti sťažuje fungovanie tradičných kamier.

Optický metapovrch možno použiť aj na vylepšenie nízkoinvazívnych endoskopických zariadení, čo lekárom umožňuje lepšie prezerať interiéry pacientov na diagnostiku a liečbu chorôb.

Felix Height, autor štúdie, naznačuje, že fotoaparát by sa dal použiť na premenu povrchov s vysokým rozlíšením na senzory.

„Už nepotrebujete tri fotoaparáty na zadnej strane vášho mobilu, ale celá zadná časť vášho mobilu sa stane obrovským fotoaparátom,“ vysvetlil.

„V budúcnosti môžeme vymyslieť úplne iné spôsoby výroby zariadení.“