Вы можете написать и разместить на портале статью.

Убедительно просим не присылать статьи из интернета - их можно найти поисковыми машинами. Напишите свою, интересную и уникальную статью. Сфотографируйте и опишите лабораторную работу по физике, или химии, пришлите фотографии Вашей самоделки....
шлите статьи на адрес we@guru.ua

Ученые разрабатывают 3-D камеру с 12 616 линзами

Стэнфордские исследователи разрабатывают 3-D камеру с 12 616 линзами Во всех современных камерах есть одна главная линза, и все современные фотоаппараты снимают двухмерные изображения с равномерной яркостью, независимо от того, на чем просматривать получившиеся снимки – на самом фотоаппарате или на компьютерном экране. Однако, камеры с двумя линзами (или две камеры, размещенные вместе) могут снимать красивые 3-D фотографии.

А что, если цифровой фотоаппарат запечатлевал бы самые интересные моменты вашей жизни через тысячи крошечных линз? В этом случае получались бы те же самые двумерные фотографии, однако, у вас было бы больше возможностей: за счет электронной «карты дальностей», которая учитывает расстояние между объективом фотоаппарата и каждым объектом на фотографии, получались бы почти трехмерные снимки.

Рис. Испытательная платформа для многоапертурного чипа датчика изображения Вот над созданием такого фотоаппарата и работают ученые из Стэнфорда под руководством Абба Эль Гамаля. Они планируют добиться своей цели с помощью нового "датчика изображения мультиапертуры." Им удалось сократить количество пикселей на датчике до 0.7 микрон, что в несколько раз меньше пикселей, чем в стандартных цифровых фотоаппаратах. Они сгруппировали пиксели в ряды по 256 пикселей в каждом, а поверх каждого ряда установили крошечную линзу.

"Представьте, что на одном чипе размещено множество крошечных камер," говорит Кит Файф, аспирант, работающий под руководством Эль Гамаля и профессора Филиппа Уонга. Получается, что если бы в их 3-мегапиксельном чипе было столько микро линз, то он один равнялся бы 12 616 "камер".

Направьте такую камеру на лицо человека, и фотоаппарат не просто сделает снимок, но и точно высчитает расстояние от объектива до глаз, носа, ушей, подбородка, и т.д. Поэтому в дальнейшем такие камеры планируют использовать в целях безопасности – для распознавания лиц и отпечатков.

Фотоаппараты нового поколения предлагают своим пользователям ряд новых функций и возможностей: визуализация, создание трехмерной графики, создание объектов и людей в трехмерной графике в виртуальных мирах или моделирование зданий.

Предполагается, что новая технология позволит снимать «полные» фотографии, на которых и ближние и дальние объекты будут воспроизводиться без искажений. Правда, в некоторых случаях можно будет выборочно дефокусировать некоторые части снимка, используя специальные редактирующие программы на компьютере.

Новую технологию также можно будет использовать для создания новых роботов. Зная точное расстояния до объекта, роботы будут иметь так называемое «пространственное зрение», благодаря которому они смогут выполнять гораздо больше функций. "Новая технология откроет перед людьми новые возможности," заявляет Файф. Трое исследователей из Стендфорда уже опубликовали статью о своей работе в февральском номере газеты IEEE ISSCC Digest of Technical Papers.

Новые камеры ничем практически не будут отличаться от существующих на данный момент фотоаппаратов или камер в мобильных телефонах. Кстати, как заявил Файф, большое внимание они уделят камерам для мобильных телефонов, потому что "большинство камер в мире установлены именно в мобильные телефоны".

Принцип работы камер:

Главная линза (которую также называют линзой объектива) обычной цифровой камеры фокусирует изображение непосредственно на датчике изображения камеры, который и делает снимок. Объективная линза в камере мультиапертуры, с другой стороны, фокусирует изображение на расстояние приблизительно 40 микрон (один микрон равен одной миллионной части метра) над матрицей датчиков изображения. В результате этого каждую точку на фотографии захватывает, по крайней мере, четыре миникамеры, производя наложение изображений.

За счет такого процесса образуется подробная карта дальностей, невидимая на самой фотографии, но сохраняемая вместе с изображением. Так создается виртуальная модель места, которую затем можно изменить при помощи компьютера. "С полученной картинкой можно делать все, что только вам хочется, того, чего раньше не позволяли делать двухмерные изображения» говорит Файф. "Например, Вы можете удалить все объекты на переднем плане и оставить только те, что находятся вдалеке».

Такой датчик можно использовать отдельно от линзы. Например, разместить его вблизи любого объекта, тогда все микролинзы сами будут делать снимок без объективной линзы. Некоторые ученые уже нашли еще одно применение новых датчиков – они планируют внедрить микродатчик в мозг лабораторных мышей и с его помощью следить за нервной деятельностью мозга.

Несмотря на все попытки усовершенствовать качество изображения фотоаппаратов, меняя угол, фокус, вставляя все больше линз или используя лазеры, Эль Гамаль, Файф и Уонг считают, что их датчик мультиапертуры все же превосходит любые технологии. Во-первых, он гораздо меньше всех современных датчиков изображения и не требует использование лазеров, громоздкого механизма камеры и сложной калибровки. Во-вторых, качество воспроизведения цветов просто изумительно. Каждый пиксель из 256 пикселей в матрице выявляет один и тот же цвет. В то время как в обычной цифровой камере, красные пикселы могут располагаться рядом с зелеными пикселями, из-за чего может происходить смешение цветов и соответственно нарушение качества изображения фотографии.

Новая технология также может помочь в создании крупных фотографий с гигапиксельных камер - это в 140 раз больше пикселей по сравнению с обычными камеры с 7 мегапикселями. Основное преимущество «Стэнфордской технологии» заключается в том, что в данном случае меньшие пикселей означает, что больше пикселей могут быть помещено на чип.

«Второе преимущество чипа - в его строение. Когда на одном чипе помещаются сразу миллиарды пикселей, некоторые из них, несомненно, не сработают, покидая мертвые точки» - говорит Эль Гамал. «Но накладывающиеся изображения, производимые новыми чипами, восполняют недостаток при утере пикселей».

На данный момент ученые дорабатывают все детали, и уже в ближайшее время планирую изготовить микрооптику для камерных чипов.

«Готовая продукция может стоить гораздо дешевле существующих цифровых камер» - так заявили разработчики чипа – «поскольку в данном случае не будет иметь большого значения качество главной линзы камеры». И в то же время разработчики уверяют нас, что качество изображения за счет новых чипов будет гораздо выше, чем в современных цифровых фотоаппаратах.