Нейронная нанооптика позволит создавать камеры сверх малого размера

Исследователи из Принстонского университета и Вашингтонского университета разработали нейронную наноптику, открывающую путь к созданию сверхмалых устройств формирования изображений.  Новая оптическая система основана на технологии, называемой метаповерхностью, и является первой подобной системой, которая обеспечивает высококачественное цветное изображение с широким полем обзора и способна улавливать полный спектр видимого света.

 image_3

В то время как традиционный объектив использует серию изогнутых стеклянных или пластиковых линз для фокусировки лучей света, нейронная нанооптика основана на технологии, называемой метаповерхностью, которая может быть изготовлена подобно компьютерному чипу. Имея ширину всего в полмиллиметра, метаповерхность новой оптической системы, усеяна 1.6 миллионами цилиндрических столбиков, каждый из которых  имеет уникальную геометрию и функционирует как оптическая антенна.  

Также здесь не обошлось без технологии искусственного интеллекта. Сигналы, полученные от взаимодействия столбиков со светом, объединяются с помощью алгоритмов на основе глубокого машинного обучения, позволяя формировать изображения высочайшего качества и достигать самого широкого поля зрения, доступного для полноцветной металинзы, разработанной на сегодняшний день.

В процессе разработки, исследователи сравнили изображения, полученные с помощью камеры на базе нейронной нанооптики, с изображениями, полученными с помощью классического объектива, который использует серию из шести преломляющих линз. Помимо небольшого размытия по краям кадра, сравниваемые изображения оказались сопоставимы по качеству, однако стоит учитывать, что конструкция традиционной системы (камера-объектив) более чем в 500 000 раз больше по объему.

Что касается камер на основе существующих метаообъективов, то они страдают от значительных искажений изображения, небольших полей зрения и ограниченной способности улавливать полный спектр видимого света.

image_2

image_1

«Было непросто спроектировать и настроить эти маленькие наноструктуры так, чтобы они делали то, что вы хотите,- говорит Итан Ценг, аспирант кафедры компьютерных наук в Принстоне, руководившей исследованием. – Нужно было потратить время, чтобы понять, как совместно использовать миллионы наноструктур вместе с алгоритмами цифровой обработки, для такой специфичной задачи, как захват изображения RGB с большим полем зрения»

Соавтор исследования Шейн Колберн из Вашингтонского университета решил эту проблему, создав вычислительный симулятор, который в автоматическом режиме подбирал и тестировал различные конфигурации сстолбиков. По словам Колберна, из-за большого количества этих столбиков и сложности их взаимодействия со светом, такой тип моделирования может использовать «огромное количество памяти и времени». Он разработал модель, позволяющую эффективно аппроксимировать возможности получения изображений метаповерхностью с достаточной точностью.

Другой участник этого проекта, Джеймс Уайтхед, (аспирант Вашингтонского университета), изготовил метаповерхности, которые основаны на нитриде кремния, стеклообразном материале, совместимом со стандартными методами производства полупроводников, используемыми для компьютерных чипов. Это означает, что данная метаповерхность может быть легко изготовлена массово по более низкой цене, чем объективы в обычных камерах.

В настоящий момент исследователи работают над тем, чтобы повысить вычислительную мощность самой камеры. Помимо оптимизации качества изображения, они хотели бы добавить возможности для обнаружения объектов и других методов диагностики, имеющих отношение к медицине и робототехнике. Предполагается, что данная разработка, также может быть использована и в сфере потребительской технике.

«Мы могли бы превратить отдельную поверхность в камеру со сверхвысоким разрешением, так что вам больше не понадобятся три камеры на задней панели вашего смартфона, но вся его задняя часть станет одной гигантской камерой. В будущем, это может породить новый подход в проектировании устройств», - сказал Феликс Хайде, старший автор исследования и доцент кафедры компьютерных наук в Принстоне.

Источник: Princeton University   Источник: Princeton Computational Imaging Lab

История Мэриэнн Чунг: начинать никогда не поздно

История Мэриэнн Чунг: начинать никогда не поздно

Блогвчера
Мэриэнн Чунг, из Хиллсборо, Новая Англия годами мечтала о фотографии, но решилась освоить это искусс...
Булат Окуджава

Булат Окуджава

Блог6 лет назад
А ведь Булат Шалвович просил... Нет, не просил, конечно. Он пел в форме нежного повеления о то...
Погружаясь в историю: как воссоздание ранних дагеротипных фотографий открыло нам окно в прошлое

Погружаясь в историю: как воссоздание ранних дагеротипных фотографий открыло нам...

Блог1 год назад
В этой статье Элиза Декурси из Исследовательской школы гуманитарных наук и искусств Австралийского н...
Фотоработы Лори Врба - простая поэзия, высеченная камерой

Фотоработы Лори Врба - простая поэзия, высеченная камерой

Блог3 дн. назад
Лори Врба создает загадочные образы, которые притягивают взгляд своим мастерством и дразнят разум св...
Волшебные фотографии голландского леса, покрытого редким весенним снегом

Волшебные фотографии голландского леса, покрытого редким весенним снегом

Блог1 год назад
В Голландии мы обычно говорим: «Апрель творит всё, что вздумается», и прошедшая пятница как нельзя л...
Преобразуйте ваши старинные фотообъективы в кинообъективы с помощью DIY-корпусов

Преобразуйте ваши старинные фотообъективы в кинообъективы с помощью DIY-корпусов

Блог1 год назад
Популярность классических фотообъективов для видео резко возросла за последние несколько лет. И это ...
Продуманные вырезки из бумаги от Paperboyo превращают архитектуру и достопримечательности в забавные сцены

Продуманные вырезки из бумаги от Paperboyo превращают архитектуру и достопримеча...

Блог2 года назад
Фотограф Рич Маккор (Rich McCor, он же paperboyo) собрал более полумиллиона подписчиков в Instagram,...
История самой дорогой фотографии NFT, когда либо проданной

История самой дорогой фотографии NFT, когда либо проданной

Блог1 год назад
Фотограф Джастин Аверсано точно помнит момент, когда к нему пришла идея проекта «Twin Flames». Это б...
Три эпохи фотографии: пластина, плёнка, «цифра»

Три эпохи фотографии: пластина, плёнка, «цифра»

Блог1 год назад
После изобретения в начале 1800-х годов фотография и фотокамеры прошли долгий путь развития. Громозд...
Фотоархив: история культовой фотографии Ормонда Джильи «Девушки в окнах», 1960 год

Фотоархив: история культовой фотографии Ормонда Джильи «Девушки в окнах», 1960 г...

Блог4 мес. назад
В 1960 году фотожурналист Ормонд Джильи собрал 43-х женщин, одел их в изысканные красочные наряды и ...
Как создавать оригинальные идеи

Как создавать оригинальные идеи

Блог2 года назад
Оригинальную идею придумать сложно. Это признают все, даже маститые фотографы. Дорогая техника, вирт...
5 кадров с Hasselblad XPan

5 кадров с Hasselblad XPan

Блог1 год назад
Вскоре после того, как мне захотелось более серьезно относиться к плёночной фотографии, я наконец, р...
5 кадров с камерой Yashica 200 AF

5 кадров с камерой Yashica 200 AF

Блог2 года назад
Аналоговая фотография пропитана мифами. То, что сегодня часто понимается как “аналоговый стиль” (гру...
Превратите ваши фотографии в литофаны

Превратите ваши фотографии в литофаны

Блог1 год назад
Если вы хотите добавить новое измерение к своим фотографиям, тогда литофан – то, что вам нужно. Испо...
Фотоархив: жизнь лондонских бедняков через объектив  Джека Лондона, 1902г

Фотоархив: жизнь лондонских бедняков через объектив Джека Лондона, 1902г

Блог1 год назад
Мало кто знает, что знаменитый американский писатель Джек Лондон был также опытным фотографом-докуме...
Нейронная нанооптика позволит создавать камеры сверх малого размера
журнал ФотоТехника

Комментарии

Отправить