Fotoaparat v velikosti zrna soli za osupljive fotografije

Raziskovalci z Univerze Princeton in Univerze v Washingtonu so nedavno poročali, da so razvili ultra-kompaktno kamero v velikosti zrna soli. Zapisali so, da lahko nov sistem zajame izostrene in barvne fotografije, ki so enakovredne tistim, ki jih naredi običajen in 500.000-krat večji fotoaparat z objektivom.

Ta izjemno majhna naprava bi lahko bila koristna v številnih primerih; od pomoči miniaturnim mehkim robotom pri raziskovanju sveta do boljše predstave strokovnjakov o tem, kaj se dogaja globoko v človeškem telesu.

Velik izziv

Z uporabo tehnologije, znane kot 'meta površina' (ang. metasurface), ki je prekrita z 1,6 milijona valjastih stebričkov, je fotoaparat sposoben posneti kvalitetne barvne fotografije, navaja spletna stran Science Alert. Omenjene fotografije so približno tako kvalitetne kot tiste, posnete s polmilijonkrat večjimi fotoaparati.

»Zasnovati in konfigurirati te majhne mikrostrukture tako, da delajo, kar želimo, je bil izziv,« pravi računalničar Ethan Tseng z Univerze Princeton v New Jerseyju. »Za to posebno nalogo zajemanja slik RGB z velikim vidnim poljem prej ni bilo jasno, kako sooblikovati milijone nanostruktur skupaj z algoritmi za naknadno obdelavo.«

Eden od posebnih trikov kamere je način, kako združuje strojno opremo z računalniško obdelavo za izboljšanje zajete slike. Algoritmi za obdelavo signalov uporabljajo tehnike strojnega učenja za zmanjšanje zamegljenosti in drugih popačenj, ki se sicer pojavljajo pri fotoaparatih te velikosti, pojasnjuje Science Alert. Fotoaparat učinkovito uporablja programsko opremo za izboljšanje svojega vida.

Drugi možni načini uporabe

Kasneje bi se ti algoritmi za obdelavo signalov lahko uporabljali za več kot le izboljšanje slike. Lahko bi jih uporabili za samodejno zaznavanje določenih predmetov, ki jih kamera išče, denimo znakov bolezni v človeškem telesu, menijo strokovnjaki.

Ta obdelava je dodana konstrukciji meta površine, ki običajne ukrivljene steklene ali plastične leče nadomešča z le pol milimetra širokim materialom. Vsak od 1,6 milijona valjastih stebričkov je bil zasnovan posebej, da bi kar najbolje zajel tisto, kar je pred kamero. Raziskovalci pojasnjujejo, da je bila pri tem optimalna konfiguracija določena z računalniškim modeliranjem.

»Pomen objavljenega dela je dokončanje 'herkulovske' naloge skupnega načrtovanja velikosti, oblike in lokacije milijona elementov meta površine ter parametrov obdelave po zaznavanju, da bi dosegli želeno zmogljivost slikanja,« pravi svetovalec za računalniško slikanje Joseph Mait iz podjetja Mait-Optik, ki sicer ni sodeloval pri raziskavi.

Steklu podoben silicijev nitrid, iz katerega je izdelana meta površina, je material, ki je primeren za običajne postopke izdelave elektronike, kar pomeni, da ne bi smelo biti pretežko povečati proizvodnje teh super majhnih kamer z uporabo že obstoječih postopkov in opreme, navaja Science Alert.

Čeprav bo verjetno treba opraviti še veliko dela, da bi to iz laboratorija prenesli na trg za komercialno uporabo, so znaki, da je to mogoče, dobri. Ko oziroma če se bo to zgodilo, bomo imeli dostop do zelo majhnih fotoaparatov, ki lahko dejansko posnamejo tudi spodobno kvalitetno fotografijo.

Miniaturne kamere, kot je ta, je mogoče uporabiti še na drug način, kjer jih uporabimo kot pokrivni sloj. Tako lahko celotne površine spremenimo v kamere in odpravimo potrebo po običajni kameri nad zaslonom prenosnega računalnika ali na zadnji strani pametnega telefona, menijo poznavalci.

»Posamezne površine bi lahko spremenili v kamere z izjemno visoko ločljivostjo, tako da ne bi več potrebovali treh kamer na zadnji strani telefona, ampak bi celotna zadnja stran telefona postala ena velika kamera,« pravi računalničar Felix Heide z Univerze Princeton. »V prihodnosti si lahko zamislimo povsem drugačne načine izdelave naprav.«