Эта компактная камера размером всего с крупицу соли.

Исследователи разработали сверхкомпактную камеру размером с крупицу соли.

Система основана на технологии, называемой метаповерхностью, которая усеяна 1,6 миллионами цилиндрических стоек и может быть изготовлена ​​так же, как компьютерный чип.

Камеры микроскопического размера обладают огромным потенциалом для выявления проблем в человеческом теле и позволяют обнаруживать сверхмалых роботов, но прошлые подходы позволяли получать нечеткие, искаженные изображения с ограниченным полем обзора.

Теперь исследователи из Принстонского и Вашингтонского университетов преодолели эти препятствия с помощью сверхкомпактной камеры размером с крупицу соли.

Новая система может создавать четкие, полноцветные изображения наравне с объективами обычного составного объектива камеры в 500 000 раз большего объема, сообщили исследователи в статье, опубликованной в Nature Communications.

Благодаря совместной конструкции аппаратного обеспечения камеры и вычислительной обработки, система может обеспечить минимально инвазивную эндоскопию с медицинскими роботами для диагностики и лечения заболеваний, а также улучшить визуализацию для других роботов с ограничениями по размеру и весу.

Массивы из тысяч таких камер можно использовать для зондирования всей сцены, превращая поверхности в камеры.

В то время как в традиционной камере используется серия изогнутых стеклянных или пластиковых линз для фокусировки световых лучей, в новой оптической системе используется технология, называемая метаповерхностью, которую можно производить так же, как компьютерный чип. Метаповерхность шириной всего полмиллиметра усеяна 1,6 миллионами цилиндрических столбиков, каждый размером примерно с вирус иммунодефицита человека (ВИЧ).

Каждый столб имеет уникальную геометрию и функционирует как оптическая антенна. Для правильной формы всего оптического волнового фронта необходимо варьировать дизайн каждой стойки.

С помощью алгоритмов, основанных на машинном обучении, взаимодействие постов со светом объединяется для создания изображений высочайшего качества и самого широкого поля зрения для полноцветной метаповерхностной камеры, разработанной на сегодняшний день.

Ключевым нововведением при создании камеры стала интегрированная конструкция оптической поверхности и алгоритмы обработки сигналов, которые создают изображение.

Это повысило производительность камеры в условиях естественного освещения, в отличие от предыдущих камер с метаповерхностями, которым для получения высококачественных изображений требовался чистый лазерный свет лаборатории или другие идеальные условия, – сказал Феликс Хайде, старший автор исследования и доцент кафедры компьютеров. наука в Принстоне.

Исследователи сравнили изображения, полученные с помощью их системы, с результатами предыдущих метаповерхностных камер, а также изображениями, полученными с помощью обычной составной оптики, в которой используется серия из шести преломляющих линз.

За исключением небольшого размытия по краям кадра, изображения наноразмерной камеры были сравнимы с изображениями традиционной линзы, которая более чем в 500000 раз больше по объему.

Другие сверхкомпактные метаповерхностные линзы страдали от значительных искажений изображения, небольших полей зрения и ограниченной способности захватывать полный спектр видимого света – так называемого изображения RGB, потому что он сочетает красный, зеленый и синий для получения разных оттенков.

Помимо Ценга, Колбурна, Уайтхеда, Маджумдара и Хайде, авторами исследования являются Луоченг Хуанг, доктор философии. студент Вашингтонского университета; и Сеунг-Хван Бэк, научный сотрудник в Принстоне.

Работа была частично поддержана Национальным научным фондом, Министерством обороны США, Лабораторией реальности UW, Facebook, Google, Futurewei Technologies и Amazon.

Автор Молли Шарлах.