微型相機(jī)在發(fā)現(xiàn)人體問題并為超小型機(jī)器人提供傳感方面具有巨大潛力，但過去的方法在視野有限的情況下捕捉到模糊、失真的圖像。
現(xiàn)在，普林斯頓大學(xué)和華盛頓大學(xué)的研究人員用粗鹽粒大小的超小型相機(jī)克服了這些障礙。研究人員在 11 月 29 日發(fā)表在《自然通訊》上的一篇論文中報(bào)告說，新系統(tǒng)可以產(chǎn)生與體積大 500,000 倍的傳統(tǒng)復(fù)合相機(jī)鏡頭相當(dāng)?shù)那逦?、全彩色圖像。
通過相機(jī)硬件和計(jì)算處理的聯(lián)合設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)內(nèi)窺鏡與醫(yī)療機(jī)器人的診斷和治療，并改善其他受尺寸和重量限制的機(jī)器人的成像。數(shù)千個(gè)此類相機(jī)的陣列可用于全場(chǎng)景傳感，將表面變成相機(jī)。
傳統(tǒng)相機(jī)使用一系列弧形玻璃或塑料透鏡將光線彎曲成焦點(diǎn)，而新的光學(xué)系統(tǒng)則依賴于一種稱為超表面的技術(shù)，該技術(shù)可以像計(jì)算機(jī)芯片一樣生產(chǎn)。只有半毫米寬，超表面上布滿了 160 萬個(gè)圓柱形柱子，每個(gè)柱子的大小都與人類免疫缺陷病毒 (HIV) 差不多。
每個(gè)柱子都有獨(dú)特的幾何形狀，其功能類似于光學(xué)天線。改變每個(gè)柱的設(shè)計(jì)對(duì)于正確塑造整個(gè)光學(xué)波前是必要的。在基于機(jī)器學(xué)習(xí)的算法的幫助下，帖子與光的相互作用相結(jié)合，為迄今為止開發(fā)的全彩色超表面相機(jī)生成最高質(zhì)量的圖像和最寬的視野。
相機(jī)創(chuàng)造的一個(gè)關(guān)鍵創(chuàng)新是光學(xué)表面和產(chǎn)生圖像的信號(hào)處理算法的集成設(shè)計(jì)。該研究的資深作者兼計(jì)算機(jī)助理教授Felix Heide說，這提高了相機(jī)在自然光條件下的性能，與之前的超表面相機(jī)需要實(shí)驗(yàn)室的純激光或其他理想條件才能產(chǎn)生高質(zhì)量的圖像形成鮮明對(duì)比。普林斯頓的科學(xué)。
研究人員將他們的系統(tǒng)產(chǎn)生的圖像與之前超表面相機(jī)的結(jié)果，以及使用一系列六個(gè)折射透鏡的傳統(tǒng)復(fù)合光學(xué)器件捕獲的圖像進(jìn)行了比較。除了畫面邊緣有點(diǎn)模糊之外，納米級(jí)相機(jī)的圖像與傳統(tǒng)鏡頭設(shè)置的圖像相當(dāng)，體積大 500,000 多倍。
其他超緊湊超表面透鏡存在嚴(yán)重的圖像失真、小視野以及捕獲可見光全光譜的能力有限——稱為 RGB 成像，因?yàn)樗Y(jié)合了紅色、綠色和藍(lán)色以產(chǎn)生不同的色調(diào)。
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