Naukowcy opracowali aparat wielkości ziarnka soli
Takie nanoaparaty charakteryzują się najczęściej bardzo słabą jakością obrazu, jednak badaczom Uniwersytetu Princeton i Uniwersytetu Waszyngtońskiego udało się znaleźć sposób na uzyskanie ostrych kolorowych obrazów porównywalnych z konwencjonalnymi aparatami, które są 500 000 razy większe.
Aby uzyskać tak imponujące wyniki, aparat wykorzystuje sprzęt do obrazowania i przetwarzanie obliczeniowe, a główną innowacją w porównaniu z tego typu sprzętem poprzedniej generacji jest technologia zwana "metapowierzchnią", którą produkuje się podobnie jak układy scalone. W tradycyjnych aparatach promienie świetlne skupia zespół soczewek, a tu mamy powierzchnię o szerokości pół milimetra, która jest wypełniona 1,6 mln cylindrycznych słupków - te maleńkie kolumny są mniej więcej wielkości ludzkiego wirusa niedoboru odporności (HIV).
Każdy słupek ma unikalną geometrię i działa jak antena optyczna. Zróżnicowanie konstrukcji każdego słupka jest niezbędne do prawidłowego ukształtowania całego czoła fali optycznej
Algorytmy oparte na uczeniu maszynowym obliczają dane interakcji słupków ze światłem i obrazami wyjściowymi o wyższej jakości z najszerszym polem widzenia ze wszystkich porównywalnych aparatów metapowierzchni opracowanych do tej pory.
Dodatkowo, poprzednie aparaty tego typu wymagały czystego światła laserowego i warunków laboratoryjnych do wytworzenia obrazu. W tym przypadku powierzchnia optyczna jest zintegrowana z algorytmami przetwarzania sygnału, przez co urządzenie może rejestrować obrazy w naturalnym świetle, co czyni je bardziej praktycznym.
Naukowcy porównali zdjęcia wykonane za pomocą nowej technologii z poprzednimi metodami i różnica jest widoczna gołym okiem, a zestawienie z tradycyjnym aparatem ze złożoną optyką sześciu soczewek refrakcyjnych też wypada świetnie, bo poza rozmyciem na krawędziach obrazy są porównywalne.
Zaprojektowanie i skonfigurowanie tych małych mikrostruktur, aby robiły to, co chcesz, było wyzwaniem. W przypadku tego konkretnego zadania, jakim jest przechwytywanie obrazów RGB o dużym polu widzenia, jest to trudne, ponieważ istnieją miliony tych maleńkich mikrostruktur i nie do końca wiadomo, jak zaprojektować je w optymalny sposób
Następnym celem zespołu jest dodanie do technologii większej liczby możliwości obliczeniowych - oprócz optymalizacji jakości obrazu, naukowcy chcą również włączyć wykrywanie obiektów i inne funkcje wykrywania, aby kamera była przydatna do użytku medycznego i komercyjnego.
Badacze przewidują, że aparaty tego typu będą używane w nieinwazyjnych procedurach medycznych (endoskopia) oraz jako kompaktowe czujniki dla małych robotów, ale niewykluczone jest też zastosowanie w smartfonach.
- Możemy zamienić poszczególne powierzchnie w aparaty o ultrawysokiej rozdzielczości, dzięki czemu nie będą już potrzebne trzy aparaty z tyłu telefonu, ale cały tył urządzenia stałby się jednym wielkim aparatem - dodaje Felix Heide, jeden z autorów badania.
