Díky vědecké vynalézavosti se fotoaparáty stále zmenšují a nejnovější z nich je nejen neuvěřitelně malý – stejně velký jako zrnko soli – ale také dokáže pořizovat snímky mnohem lepší kvality než mnoho jiných ultrakompaktních fotoaparátů. (Foto: Princetonská univerzita)

Pomocí technologie známé jako metapovrch, který je pokryt 1,6 milionu válcových sloupků, je fotoaparát schopen pořizovat plnobarevné fotografie, které jsou stejně dobré jako snímky pořízené běžnými objektivy, které jsou asi půlmilionkrát větší než tento konkrétní fotoaparát.

A tato supermalá věcička má potenciál být užitečná v celé řadě scénářů, od pomoci miniaturním měkkým robotům při zkoumání světa až po lepší představu odborníků o tom, co se děje hluboko v lidském těle.

Stávající mikro kamera vs. nový model. (Foto: Princetonská univerzita)

„Bylo náročné navrhnout a nakonfigurovat tyto malé mikrostruktury tak, aby dělaly to, co chcete,“ říká počítačový vědec Ethan Tseng z Princetonské univerzity v New Jersey.

„Pro tento specifický úkol zachycení RGB snímků s velkým zorným polem nebylo dříve jasné, jak spolu s algoritmy následného zpracování navrhnout miliony nanostruktur.“

Jedním ze zvláštních triků kamery je způsob, jakým kombinuje hardware s výpočetním zpracováním, aby vylepšila zachycený obraz: Algoritmy zpracování signálu využívají techniky strojového učení k redukci rozmazání a dalších zkreslení, která se jinak u kamer této velikosti vyskytují. Kamera tak efektivně využívá software ke zlepšení svého vidění.

V budoucnu by se tyto algoritmy mohly používat nejen k vylepšování obrazu. Mohly by být nasazeny k automatické detekci konkrétních objektů, které kamera hledá, například příznaků onemocnění uvnitř lidského těla.

Toto zpracování se přidává ke konstrukci metapovrchu, která nahrazuje obvyklé zakřivené skleněné nebo plastové čočky materiálem širokým pouhého půl milimetru. Každý z 1,6 milionu válcových sloupků byl individuálně navržen tak, aby co nejlépe zachytil to, co se nachází před kamerou, přičemž k vypracování optimální konfigurace bylo použito počítačové modelování.

„Význam publikované práce spočívá v dokončení herkulovského úkolu společně navrhnout velikost, tvar a umístění milionu prvků metapovrchu a parametry zpracování po detekci, aby bylo dosaženo požadovaného zobrazovacího výkonu,“ říká konzultant pro počítačové zobrazování Joseph Mait ze společnosti Mait-Optik, který se na výzkumu nepodílel.

Nitrid křemíku podobný sklu, z něhož je metapovrch vyroben, je materiál, který se hodí do běžných výrobních procesů elektroniky, což znamená, že by nemělo být příliš obtížné rozšířit výrobu těchto supermalých kamer pomocí již zavedených postupů a zařízení.

Ačkoli je tedy před námi ještě spousta práce, aby se tento projekt dostal z laboratoře na komerční výrobní linku, vše nasvědčuje tomu, že je to možné. Jakmile se to podaří, budeme mít přístup k supermalým kamerám, které budou schopny pořídit i slušný obraz.

Pro miniaturní kamery, jako je tato, existuje ještě jedno potenciální využití: Jejich použití jako krycí vrstvy k přeměně celých povrchů na fotoaparáty, čímž se odstraní potřeba klasického fotoaparátu nad obrazovkou notebooku nebo na zadní straně chytrého telefonu.

„Mohli bychom proměnit jednotlivé povrchy v kamery s ultravysokým rozlišením, takže byste už nepotřebovali tři kamery na zadní straně telefonu, ale celá zadní strana telefonu by se stala jednou obrovskou kamerou,“ říká počítačový vědec Felix Heide z Princetonské univerzity.

„Můžeme vymyslet úplně jiné způsoby, jak v budoucnu vytvářet zařízení.“

Výzkum byl publikován v časopise Nature Communications.

Zdroj: sciencealert.com