Die neue Kamera in Salzkorngröße. Princeton University
Die Entwicklung der Kamera mitzuerleben war und ist eine aufregende Fahrt. Jedes Jahr kommen neue Modelle auf den Markt, wir haben die alten sperrigen Kameras gesehenverkleinern auf immer kleinere Versionen. Und obwohl Mikrokameras als Kunstwerke gelten, sind sie im Vergleich zu ihren professionellen Handheld-Kollegen fast immer nicht sehr talentiert in der Komposition.
Forscher der Princeton University und der University of Washington sind anderer Meinung; das Team gab bekannt, dass sie erfolgreich eine ultrakompakte Kamera von der Größe eines groben Salzkorns entwickelt haben, in eine Studie veröffentlicht in Natur Kommunikation. Darüber hinaus kann die Kamera klare, vollfarbige Bilder aufnehmen, die mit herkömmlichen Kameraobjektiv-Setups konkurrieren können, die 500.000 Mal größer sind.
Eine brandneue Erfahrung aus einer winzigen Perspektive
Was ist neu? Normale Kameras verwenden eine Reihe von gebogenem Glas oder Kunststoff in ihren Objektiven, um das Licht beim Fotografieren zu fokussieren. Die neue Mikrokamera, die das Team entwickelt hat, verfügt über ein neues optisches System mit einer Technologie, die als Metaoberfläche bezeichnet werden kannhergestellt wie ein Computerchip, nach eine Pressemitteilung von der Princeton University.
Die fragliche Metaoberfläche ist nur einen halben Millimeter groß und weist 1,6 Millionen zylindrische Pfosten auf, die in einzigartigen Formen vorliegen und wie eine optische Antenne funktionieren. Hier kommen maschinelle Lernalgorithmen ins Spiel. Dank maschinellem Lernen können die Pfosten produzierendie hochwertigsten Bilder und die breitesten Ansichten mit lebendigen Farben in einer Metasurface-Kamera.
Über den Produktionsprozess sagte Ethan Tseng, ein Informatik-Doktorand in Princeton, der die Studie mit leitete: „Es war eine Herausforderung, diese kleinen Mikrostrukturen so zu entwerfen und zu konfigurieren, dass sie das tun, was Sie wollen. Für diese spezielle Aufgabebei der Aufnahme von RGB-Bildern mit großem Sichtfeld war es bisher unklar, wie die Millionen von Nanostrukturen zusammen mit Nachbearbeitungsalgorithmen mitgestaltet werden können.“
Co-Lead-Autor Shane Colburn hat sich dieser Herausforderung gestellt, indem er einen Computersimulator entwickelt hat, um das Testen verschiedener Nanoantennenkonfigurationen zu automatisieren. Aufgrund der Anzahl der Antennen und der Komplexität ihrer Wechselwirkungen mit Licht kann diese Art von Simulation „massive Mengen“ verwendenvon Gedächtnis und Zeit", sagte Colburn. Er entwickelte ein Modell, um die Bildproduktionsfähigkeiten der Metaoberflächen effizient und mit ausreichender Genauigkeit anzunähern.
Im Vergleich zu früheren ultrakompakten Metasurface-Linsenkameras beseitigt das neue Objektiv Bildverzerrungen und Einschränkungen bei der Erfassung des gesamten Spektrums des sichtbaren Lichts. Normalerweise arbeiten winzige Kameras in reinen Laserlichteinstellungen eines Labors oder ähnlichen idealen Bedingungen, um hohequalitativ hochwertige Bilder, aber die Leistung der neuen Kamera bei natürlichem Licht ist genauso besser wie bei Laborbeleuchtung.
Die Möglichkeiten mit Mikrokameras sind endlos. Und dieses neue mikrooptische System könnte für medizinische Zwecke verwendet werden, platziert in Roboter zur Diagnose und Behandlung von Krankheiten und Verbesserung der Bildgebung für andere Roboter.