Исследователи разработали новую компактную камеру, которая получает высококачественные широкоугольные изображения с помощью массива металинз - плоских поверхностей с наноструктурой, используемых для управления светом. Благодаря устранению громоздких и тяжелых объективов, обычно необходимых для такого типа изображений, новый подход может позволить встраивать широкоугольные камеры в смартфоны и портативные устройства обработки изображений для транспортных средств, таких как автомобили или дроны.
Тао Ли и его коллеги из Нанкинского университета в Китае сообщают о своей новой ультратонкой камере в журнале Optica Publishing Group, посвященном высокоэффективным исследованиям. Новая камера толщиной всего 0,3 сантиметра может создавать четкие изображения сцены с углом обзора более 120 градусов.
Широкоугольная съемка полезна для захвата больших объемов информации, что позволяет создавать потрясающие высококачественные изображения. Для приложений машинного зрения, таких как автономное вождение и наблюдение с помощью дронов, широкоугольное изображение может повысить производительность и безопасность, например, обнаруживая препятствие, которое вы не могли бы увидеть иначе, когда едете задним ходом в автомобиле.
«Чтобы создать чрезвычайно компактную широкоугольную камеру, мы использовали набор металинз, каждая из которых захватывает определенные части широкоугольной сцены», - сказал Ли. «Изображения затем сшиваются вместе для создания широкоугольного изображения без ухудшения качества изображения».
Миниатюризация широкоугольного объектива
Широкоугольное изображение обычно достигается с помощью составного объектива типа «рыбий глаз» или многослойного объектива другого типа. Хотя исследователи ранее пытались использовать металинзы для создания широкоугольных камер, они, как правило, страдают от плохого качества изображения или других недостатков.
В новой работе исследователи использовали набор металинз, каждая из которых тщательно разработана для фокусировки под разными углами освещения. Это позволяет каждому объективу четко отображать часть широкоугольного объекта или сцены. Затем самые четкие части каждого изображения могут быть сшиты вместе для создания окончательного изображения.
«Благодаря гибкому дизайну метаповерхностей фокусировку и качество изображения каждого объектива можно оптимизировать независимо друг от друга», - сказал Ли. «Это позволяет получить высококачественное конечное широкоугольное изображение после процесса сшивания. Более того, матрицу можно изготовить, используя всего один слой материала, что помогает снизить затраты."
Видеть больше с плоскими линзами
Чтобы продемонстрировать новый подход, исследователи использовали нанофабрикацию для создания массива металлических линз и установили его непосредственно на датчик CMOS, создав плоскую камеру размером около 1 см × 1 см × 0,3 см. Затем они использовали эту камеру для изображения широкоугольной сцены, созданной с помощью двух проекторов для освещения изогнутого экрана, окружающего камеру на расстоянии 15 см.
Они сравнили свою новую плоскую камеру с камерой, основанной на единственной традиционной металлической линзе, и проецировали слова «Нанкинский университет» на изогнутый экран. Планарная камера давала изображение, четко показывающее каждую букву, и имела угол обзора более 120°, что более чем в три раза больше, чем у камеры на основе традиционной металинзы.
Исследователи отмечают, что планарная камера, продемонстрированная в этом исследовании, использовала отдельные металинзы диаметром всего 0,3 миллиметра. Они планируют увеличить их примерно до 1-5 миллиметров, чтобы повысить качество изображения камеры. После оптимизации массив можно будет производить массово, чтобы снизить стоимость каждого устройства.