Wissenschaftler erfanden eine Kamera von der Größe eines Reiskorns, die einen Film bildet, der mit herkömmlichen Objektiven vergleichbar ist

Vor kurzem haben Forscher der Princeton University und der University of Washington eine reiskorngroße Miniaturkamera entwickelt, die hochauflösende Vollfarbfotos aufnehmen kann und eine wichtige Rolle in medizinischen und anderen professionellen Bereichen spielt. Verwandte Artikel wurden am 29. November in "Nature Communications" veröffentlicht.

Diese Miniaturkamera gehört zum Bereich der Neuronanooptik und ist in ihrem ungewöhnlichen Erscheinungsbild eine innovative Kombination aus optischer Oberflächen- und Rechenverarbeitungstechnologien.

Die erste ist die optische Oberfläche. Herkömmliche Kameras verwenden gebogene Glas- oder Kunststofflinsen, während das neue optische Miniatursystem der Kamera auf der "Metasurface"-Bildgebungstechnologie beruht, die wie ein Computerchip hergestellt werden kann.

Die Miniaturkamera ist an der Oberfläche nur einen halben Millimeter breit, mit 1,6 Millionen eingelegten Zylindern und etwa so groß wie das Humane Immunschwächevirus (HIV). Jeder Zylinder hat eine einzigartige geometrische Form und seine Funktion ähnelt einer "elektromagnetischen Antenne im optischen Band". Eine Änderung des Designs jedes Zylinders beeinflusst die korrekte Formgebung der gesamten optischen Wellenfront.

Das zweite ist das Computational Imaging Verfahren. Um ein RGB-Bild mit großem Sichtfeld zu erfassen, müssen die Größe, Form und Position von Millionen von Zylindern zusammen mit dem Algorithmus entworfen und konfiguriert werden. Shane Colburn, einer der Autoren des Artikels, hat einen Computersimulator zum automatischen Testen verschiedener Designs und Konfigurationen entwickelt und ein Modell mit ausreichender Genauigkeit entwickelt, um die Bilderzeugungsfähigkeit einer Metaoberfläche zu approximieren, um die erforderliche Abbildungsleistung zu erreichen.

Der Vorteil dieser Miniaturkamera besteht darin, dass sie klare Vollfarbbilder erzeugen kann und unter den bisher entwickelten Vollfarb-Hypersurface-Kameras die höchste Qualität und das breiteste Sichtfeld aufweist.

In der Vergangenheit hatte die Miniaturkamera ein begrenztes Sichtfeld und die Fähigkeit, das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichts einzufangen, und das Bild war verschwommen und stark verzerrt das Bild war etwas unscharf, was im Grunde das gleiche war wie bei den herkömmlichen Refraktions-Verbundlinsen, von denen letzteres ein Volumen hatte, das 500.000 mal größer ist.

Darüber hinaus, so Felix Heide, Assistenzprofessor für Informatik in Princeton, hat die Leistung der neuen Miniaturkameras unter natürlichen Lichtverhältnissen im Gegensatz zu früheren Metasurface-Kameras, die reine Laser im Labor oder andere ideale Bedingungen benötigen, um hochwertige Bilder zu erzeugen, auch verbessert worden.

In Zukunft werden Miniaturkameras wahrscheinlich kommerzialisiert. Colburn, ein Ph.D. vom Department of Electrical and Computer Engineering der University of Washington, war ebenfalls an dieser Forschung beteiligt und leitet das Systemdesign bei Tunoptix, einem in Seattle ansässigen Unternehmen, und plant die Kommerzialisierung der Metasurface-Imaging-Technologie.

Zur gleichen Zeit stellte Dr. James Whitehead, von derselben Schule wie Colburn, eine Metaoberfläche auf der Basis von Siliziumnitrid her, einem glasähnlichen Material, das mit Standard-Halbleiterherstellungsverfahren für Computerchips kompatibel ist. ein gegebenes Metaoberflächendesign kann leicht und zu geringeren Kosten in Massenproduktion hergestellt werden.

Das Forscherteam arbeitet nun mit Hochdruck daran, der Kamera selbst mehr Rechenleistung zu verleihen und hofft neben der Optimierung der Bildqualität auch auf die Verbesserung der Objekterkennungsfunktionen und deren Anwendung auf Medizin und Robotik.

Miniaturkameras haben beispielsweise ein großes Potenzial bei der Erkennung menschlicher Probleme und der Sensorik für ultrakleine Roboter, sie können für minimalinvasive Endoskope und medizinische Roboter verwendet werden und können auch die Bildgebung anderer durch Größe und Gewicht begrenzter Roboter verbessern.

Sie stellten sich auch vor, eine "Oberfläche als Sensor" zu schaffen, eine Reihe von Tausenden von "Reiskornkameras", die für die Erfassung der gesamten Szene verwendet werden könnten und die Oberfläche in eine Kamera verwandeln:

Wir können eine einzelne Oberfläche in eine Kamera mit ultrahoher Auflösung verwandeln, sodass Sie nicht mehr drei Kameras auf der Rückseite Ihres Telefons benötigen und die gesamte Rückseite des Telefons zu einer riesigen Kamera wird. Wir können uns für die Zukunft ganz andere Möglichkeiten zur Herstellung von Geräten vorstellen.

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Ai Faner | Ursprünglicher Link · Kommentare anzeigen · Sina Weibo