Революционные нанокамеры размером с крупинку соли сделали эти фотографии

Каждое поколение смартфонов приносит захватывающие обновления камеры. Это возможно благодаря сочетанию оптимизации аппаратного и программного обеспечения, часто за счет дизайна. Современные телефоны, такие как iPhone, оснащены многообъективными камерами, которые довольно громоздки. Люди жалуются на неровности камеры, несмотря на их доказанную полезность. Однако однажды вся поверхность телефона может быть сделана из нанокамер. Каждый из них был бы не больше крупицы соли. Тем не менее, они могли делать фотографии, сравнимые с традиционными камерами.

Это может звучать как научно-фантастическая технология, которую можно увидеть в кино, но исследователи из Принстона сделали такой дизайн камеры возможным. И хотя таким компаниям, как Apple, Samsung и Google, может потребоваться некоторое время, чтобы даже подумать о таких микрокамерах, камеры размером с соляную крупинку могут быть невероятно полезны в таких областях, как медицина и робототехника.

Нанокамера размером с крупинку соли

Исследователи из Принстона и Вашингтонского университета создали сверхкомпактные камеры размером с крупицу соли.

На следующем изображении показана система нанокамер, в которой используется 1,6 миллиона цилиндрических столбов, обрабатывающих свет. Чип камеры может быть изготовлен как обычный компьютерный чип. Затраты могут быть ниже, чем производство стандартных деталей, которые входят в традиционную камеру.

Такие микрокамеры уже существуют, и они находят применение в медицине и робототехнике. Но они захватывают нечеткие, искаженные изображения с ограниченным полем зрения. Этот тип нано-камеры, безусловно, не то, что вы хотели бы поставить на заднюю панель iPhone.

Но новая технология, подробно описанная в статье в Связь с природой, решает проблему. Исследователи использовали алгоритмы для получения четких изображений, сравнимых с изображениями, снятыми обычными камерами, которые в 500 000 раз больше.

Метаповерхность заменяет традиционные линзы

Нанокамеры заменяют изогнутые линзы, присутствующие внутри обычной камеры, на технологию, называемую метаповерхностью. Метаповерхность имеет ширину всего полмиллиметра, но включает в себя 1,6 миллиона цилиндрических столбов. Каждый из них примерно такой же большой, как штамм вируса ВИЧ. Но каждый пост имеет уникальную геометрию.

«Мы могли бы превратить отдельные поверхности в камеры со сверхвысоким разрешением, так что вам больше не понадобятся три камеры на задней панели телефона, но вся задняя панель телефона станет одной гигантской камерой», — соавтор Феликс Хайде. говорится в заявлении. «Мы можем придумать совершенно разные способы создания устройств в будущем».

Эти крошечные столбики действуют как оптические антенны. Они улавливают свет, а затем алгоритм создает изображения. «С помощью алгоритмов, основанных на машинном обучении, взаимодействие столбов со светом объединяется для получения изображений высочайшего качества и самого широкого поля зрения для полноцветной метаповерхностной камеры, разработанной на сегодняшний день», — поясняется в пресс-релизе.

Вот несколько образцов фотографий:

Все дело в алгоритмах

Исследователи придумали дизайн оптической поверхности нанокамеры. Но им также нужно было разработать алгоритмы, позволяющие создавать фотографии. На изображении выше сравнивается предыдущая технология нанокамер с дизайном «нейронной нанооптики» от исследователей из Принстона и Вашингтона.

Авторы объяснили, что самой большой проблемой было проектирование миллионов наноструктур и алгоритмов постобработки. Они создали вычислительный симулятор для автоматизации тестирования различных конфигураций наноантенн. Моделирование требует «огромных объемов памяти и времени», поэтому они разработали модель, аппроксимирующую возможности создания изображений метаповерхности.

Ученые продолжают разрабатывать метаповерхностные нанокамеры, стремясь улучшить качество изображения. Они также работают над добавлением таких функций, как обнаружение объектов и другие возможности обнаружения. Они могут пригодиться как в медицине, так и в робототехнике.