Forscher der Princeton University und der Washington University haben eine ultrakompakte Kamera entwickelt. Und wenn ich sage "ultra, wirklich ultra" kompakt, glauben Sie mir: Es ist so groß wie ein großes Salzkorn. Das System wurde mit einer Technologie namens . entwickelt Metaoberfläche. 1,6 Millionen zylindrische Stifte bilden die unglaubliche Struktur dieses Objekts, das ähnlich wie ein Computerchip hergestellt werden kann.
Eine solche Mikrokamera wird das Glück aller Diagnose- und Erkennungsprogramme machen können, weil sie (unter anderem) sogar die Definitions- und Sichtfeldprobleme all ihrer „Konkurrenten“ überwindet, die auch viel größer waren.
Gib mir die Kamera
Das neue System kann scharfe Farbbilder erzeugen und mit einem herkömmlichen Fotoobjektiv 500.000 mal größer konkurrieren, schreiben die Forscher in einem Papier. veröffentlicht gestern, 29. November, in Nature Communications.
Eine herkömmliche Kamera verwendet eine Reihe von gebogenen Glas- oder Kunststofflinsen, um die Lichtstrahlen zu fokussieren. Dieses neue optische System basiert stattdessen, wie erwähnt, auf einer Technologie namens Metasurface. Auf einem halben Millimeter kann diese Technologie mehr als eineinhalb Millionen Nanostrukturen in der Größe des HI-Virus aufnehmen.
Der Schlüssel zur unglaublichen Wiedergabe dieses Objekts liegt in der Kombination von fortschrittlichem Design mit künstlicher Intelligenz, die es ermöglichte, die Struktur so zu gestalten, dass die Interaktion dieser winzigen optischen Zylinder mit Licht optimiert wurde. Das Ergebnis? Ein System, das praktisch nicht-invasive Bildgebung ermöglichen könnte. Eine ganze Fläche, ein Stoff, vielleicht ein künstliches Auge könnte von diesen Anordnungen von "optischen Antennen" buchstäblich bedeckt werden: Alles kann zu einer Kamera werden.
Forschung
Forscher unter der Leitung von Felix Heide verglichen die von der neuen Kamera erzeugten Bilder mit den Ergebnissen früherer Kameras, einschließlich derer mit Metaoberflächen. Alle litten unter Bildverzerrungen und eingeschränkter Fähigkeit, Licht einzufangen. Natürlich alle bis auf einen.
„Es war eine Herausforderung, diese kleinen Mikrostrukturen zu entwerfen und zu konfigurieren“, sagt er Ethan Tseng, ein PhD in Informatik, der die Studie mit geleitet hat. „Für diese spezielle Aufgabe, RGB-Bilder mit einem großen Sichtfeld aufzunehmen, war dies eine Herausforderung, da es Millionen dieser winzigen Mikrostrukturen gibt und wir sie optimal gestalten mussten.“
Warum diese Kamera ein Durchbruch ist
Obwohl der Ansatz für das optische Design nicht neu ist, ist dies das erste System, das oberflächenoptische Technologie fehlerfrei mit neuronaler Verarbeitung kombiniert. Durch diese Forschung ist es gelungen, die perfekte Kombination zwischen einem äußerst präzisen Design und einer ebenso präzisen Optimierung zu schaffen.
Jetzt arbeiten Heide und seine Kollegen daran, der Kamera weitere Rechenfunktionen hinzuzufügen. Neben der Optimierung der Bildqualität möchten sie Funktionen zur Objekterkennung und andere nützliche Modalitäten für Medizin und Robotik hinzufügen.
Neben den "edleren" Anwendungen sind selbstverständlich auch die kommerziellen zahlreich. Man könnte vermeiden, eine Kamera (aber was soll ich sagen, ich sehe manchmal sogar fünf) hinter einem Smartphone zu platzieren. Die gesamte Rückseite des Telefons könnte zu einer einzigen Kamera werden. Und wer weiß was noch. Wir wollen über Videoüberwachung sprechen? Besser nicht, komm schon.
