Forscher der Princeton University und der Washington University haben eine ultrakompakte Kamera entwickelt. Und wenn ich „ultra, wirklich ultra“ kompakt sage, glauben Sie mir: Er hat die Größe eines großen Salzkorns. 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 Mikrokamera wie diese wird allen Diagnose- und Erkennungsprogrammen das Wasser reichen können, weil sie (unter anderem) sogar die Schärfe- und Sichtfeldprobleme all ihrer "Konkurrenten" überwindet, die ebenfalls 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 gebogener Glas- oder Kunststofflinsen, um die Lichtstrahlen zu fokussieren. Dieses neue optische System basiert stattdessen, wie erwähnt, auf einer Technologie namens Metaoberfläche. Diese Technologie ist in der Lage, auf einem halben Millimeter mehr als anderthalb Millionen Nanostrukturen von der Größe des HI-Virus unterzubringen.
Der Schlüssel zur unglaublichen Wiedergabe dieses Objekts liegt in der Kombination von fortschrittlichem Design mit künstlicher Intelligenz, die es ermöglichte, die Struktur zu entwerfen, um die Wechselwirkung dieser winzigen optischen Zylinder mit Licht zu optimieren. Das Ergebnis? Ein System, das eine praktisch nicht-invasive Bildgebung ermöglichen könnte. Eine ganze Fläche, ein Stoff, vielleicht ein künstliches Auge könnten von diesen Arrays aus „optischen Antennen“ buchstäblich bedeckt werden: Alles kann zur Kamera werden.
Forschung
Forscher unter der Leitung von Felix Heide verglichen die von der neuen Kamera erzeugten Bilder mit den Ergebnissen früherer Kameras, einschließlich derjenigen von Metaoberflächen. Alle litten unter Bildverzerrung 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 promovierter Informatiker, der die Studie mitleitete. „Für diese spezielle Aufgabe, RGB-Bilder mit einem großen Sichtfeld aufzunehmen, war es eine Herausforderung, weil es Millionen dieser winzigen Mikrostrukturen gibt und wir sie optimal gestalten mussten.“
Warum diese Kamera ein Durchbruch ist
Obwohl der Ansatz zum optischen Design nicht neu ist, ist dies das erste System, das die optische Oberflächentechnologie nahtlos mit neuronaler Verarbeitung kombiniert. Dieser 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 Rechenfähigkeiten hinzuzufügen. Neben der Optimierung der Bildqualität möchten sie Funktionen zur Objekterkennung und andere nützliche Modalitäten für Medizin und Robotik hinzufügen.
Neben den „edleren“ Anwendungen wären natürlich auch die kommerziellen zahlreich. Man könnte vermeiden, eine Kamera (aber was soll ich sagen, manchmal sehe ich 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.
