Les scientifiques ont inventé un appareil photo de la taille d’un grain de riz, formant un film comparable aux objectifs traditionnels

Récemment, des chercheurs de l'Université de Princeton et de l'Université de Washington ont développé un appareil photo miniature de la taille d'un grain de riz qui peut prendre des photos en couleur haute définition et joue un rôle important dans les domaines médicaux et autres professionnels. Des articles connexes ont été publiés dans « Nature Communications » le 29 novembre.

Cette caméra miniature appartient au domaine de l'optique neuronano.Sous son apparence inhabituelle, c'est une combinaison innovante de technologies de surface optique et de traitement informatique.

Le premier est la surface optique. Les caméras traditionnelles utilisent des lentilles en verre ou en plastique incurvées, tandis que le nouveau système optique de caméra miniature repose sur la technologie d'imagerie « métasurface », qui peut être produite comme une puce informatique.

La caméra miniature n'a qu'un demi-millimètre de large sur la supersurface, avec 1,6 million de cylindres incrustés, et ils ont à peu près la taille du virus de l'immunodéficience humaine (VIH). Chaque cylindre a une forme géométrique unique et sa fonction est similaire à celle d'une « antenne électromagnétique à bande optique ». La modification de la conception de chaque cylindre affectera la mise en forme correcte de l'ensemble du front d'onde optique.

La seconde est la méthode d'imagerie computationnelle. Afin de capturer une image RVB à grand champ de vision, la taille, la forme et la position de millions de cylindres doivent être conçues et configurées avec l'algorithme. Shane Colburn, l'un des auteurs de l'article, a créé un simulateur informatique pour tester automatiquement différentes conceptions et configurations. Il a développé un modèle avec une précision suffisante pour approximer la capacité de génération d'images d'une métasurface afin d'obtenir les performances d'imagerie requises.

L'avantage de cette caméra miniature est qu'elle peut créer des images claires en couleur, et c'est la plus haute qualité et le champ de vision le plus large parmi les caméras hypersurface en couleur développées jusqu'à présent.

Dans le passé, la caméra miniature avait un champ de vision et une capacité limités à capturer le spectre complet de la lumière visible, et l'image était floue et gravement déformée ; la nouvelle caméra miniature pouvait produire des images claires et en couleur, sauf que le bord de l'image était un peu floue, ce qui était fondamentalement la même que l'objectif composé de réfraction traditionnel, dont ce dernier avait un volume 500 000 fois plus grand que lui.

En outre, selon Felix Heide, professeur adjoint d'informatique à Princeton, contrairement aux caméras à métasurface précédentes qui nécessitent des lasers purs en laboratoire ou dans d'autres conditions idéales pour produire des images de haute qualité, les performances des nouvelles caméras miniatures dans des conditions de lumière naturelle ont également été amélioré.

À l'avenir, des caméras miniatures seront probablement commercialisées. Colburn, titulaire d'un doctorat du Département de génie électrique et informatique de l'Université de Washington, a également participé à cette recherche. Il dirige la conception du système chez Tunoptix, une société basée à Seattle, et envisage de commercialiser la technologie d'imagerie des métasurfaces.

Dans le même temps, le Dr James Whitehead, de la même école que Colburn, a fabriqué une métasurface à base de nitrure de silicium, un matériau semblable au verre compatible avec les méthodes de fabrication de semi-conducteurs standard utilisées pour les puces informatiques, ce qui signifie que par rapport aux objectifs des appareils photo traditionnels, une conception de métasurface donnée peut être facilement produite en série à moindre coût.

L'équipe de recherche travaille maintenant d'arrache-pied pour ajouter plus de puissance de calcul à la caméra elle-même. En plus d'optimiser la qualité de l'image, ils espèrent également augmenter les fonctions de détection d'objets et les appliquer à la médecine et à la robotique.

Par exemple, les caméras miniatures ont un grand potentiel pour détecter les problèmes humains et fournir une détection pour les robots ultra-petits. Elles peuvent être utilisées pour les endoscopes mini-invasifs et les robots médicaux, et peuvent également améliorer l'imagerie d'autres robots limités par la taille et le poids.

Ils ont également envisagé de créer une « surface en tant que capteur », un ensemble de milliers de « caméras à grains de riz » qui pourraient être utilisées pour la détection en pleine scène, transformant la surface en caméra :

Nous pouvons transformer une seule surface en un appareil photo à ultra haute résolution, de sorte que vous n'avez plus besoin de trois appareils photo à l'arrière de votre téléphone, et tout l'arrière du téléphone deviendra un énorme appareil photo. Nous pouvons penser à des façons complètement différentes de fabriquer des équipements à l'avenir.

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Ai Faner | Lien original · Voir les commentaires · Sina Weibo