Камеру размером с крупицу соли научили делать четкие цветные изображения
Главным местом применения таких камер станет медицина.
Исследователи из Принстонского и Вашингтонского университетов разработали сверхкомпактную камеру размером с крупицу соли. Она работает по совершенно новой технологии с использованием метаповерхности. На крошечной камере располагается 1,6 миллионов цилиндрических «столбиков», которые проводят свет. Размер каждой такой «микролинзы», как у вируса иммунодефицита человека.
С помощью этих микро-камер можно выявить много проблем в человеческом теле. Прошлые аппараты предоставляли медикам лишь нечеткие и искаженные изображения с ограниченным полем обзора. Сверхкомпактная камера передает четкие изображения, и их качество ничуть не уступает фотоаппаратам, которые в 500 000 раз больше по объему.
Каждый «столбик» внутри камеры имеет уникальную геометрию и функционирует как оптическая антенна.
Чтобы свет лучше проходил через столбики, варьируют дизайн каждого из них. Благодаря алгоритму машинного обучения, микролинзы взаимодействуют со светом и создают изображения высочайшего качества и самого широкого поля зрения.
По словам старшего автора исследования Феликса Хайде, это повысило производительность камеры в условиях естественного освещения, в отличие от предыдущих метаповерхностных камер. Предыдущие образцы были сложнее в использовании: им требовался чистый лазерный свет лаборатории или другие идеальные условия для получения высококачественных изображений.
Реклама
Princeton University
Снимок новой системы (справа) в сравнении с предыдущим поколением метаповерхностных линз (слева)
Другие сверхкомпактные линзы страдали от серьезных искажений изображения, малых полей зрения и ограниченной способности захватывать полный спектр видимого света в RGB-модели, где сочетается красный, зеленый и синий цвета для получения разных оттенков.
«Было непросто спроектировать и сконфигурировать эти маленькие микроструктуры, чтобы они делали то, что нужно. Для этой задачи захвата изображений RGB с большим полем обзора ранее было непонятно, как совместно проектировать миллионы наноструктур вместе с алгоритмами постобработки», – Итан Ценг, соавтор разработки.
Другой соавтор разработки Шейн Колберн решил эту проблему. Он создал вычислительный симулятор для автоматизации тестирования различных конфигураций наноантенн.
Еще один соавтор исследования Джеймс Уайтхед изготовил метаповерхности, которые основаны на нитриде кремния. Это материал, похожий на стекло. Он совместим со стандартными методами производства полупроводников, которые применяются для компьютерных микросхем. Это означает, что такую метаповерхность можно легко пустить в массовое производство. Причем это будет менее затратно, чем делать линзы для обычных фотоаппаратов.
Хайде и его коллеги сейчас работают над расширением вычислительных возможностей самой камеры. Помимо оптимизации качества изображения, они хотели бы добавить возможности для обнаружения объектов и других методов зондирования, актуальных для медицины и робототехники.
