كاميرا بحجم حبة الملح… مواصفاتها عالية جداً
على الرغم من كونها بحجم حبة الملح، يمكن للكاميرا المجهرية الجديدة التقاط صور واضحة بالألوان الكاملة على قدم المساواة مع العدسات العادية التي هي500 ألف مرة أكبر.
وجاء في المقال ”: تم تطوير الجهاز البصري المدمج للغاية من قبل فريق من الباحثين من جامعة برينستون وجامعة واشنطن.
وهو يتغلب على المشاكل التي ظهرت مع تصاميم الكاميرا صغيرة الحجم السابقة، والتي تميل إلى التقاط صور مشوهة وغامضة مع مجالات عرض محدودة للغاية.
يمكن للكاميرا الجديدة أن تسمح للروبوتات الصغيرة جداً بالاستشعار بمحيطها، أو حتى مساعدة الأطباء على رؤية المشاكل داخل جسم الإنسان.
داخل كاميرا تقليدية كاملة الحجم، يتم استخدام سلسلة من العدسات الزجاجية أو البلاستيكية المنحنية لثني أشعة الضوء الواردة إلى التركيز في قطعة من الفيلم أو جهاز استشعار رقمي.
في المقابل، تعتمد الكاميرا الصغيرة التي طورها عالم الكمبيوتر إيثان تسنغ وزملاؤه على “metasurface” خاص مرصع بـ 1.6 مليون وظيفة أسطوانية، كل منها بحجم فيروس HIV واحد، والتي يمكن أن تعدل سلوك الضوء.
لكل وظيفة على 0.5 ملم من مستوى السطح شكل فريد من نوعه يسمح لها بالعمل مثل هوائي.
تقوم خوارزميات التعلم الآلي بتفسير تفاعل كل وظيفة مع الضوء، وتحويله إلى صورة.
تقدم الصور التي يلتقطها الجهاز الصغير صوراً عالية الجودة مع أوسع مجال رؤية لأي كاميرا metasurface كاملة الألوان تم تطويرها حتى الآن.
تميل التصاميم السابقة إلى إظهار تشوهات كبيرة في الصورة، ومجالات رؤية مقيدة ومشاكل في التقاط الطيف الكامل للضوء المرئي، المعروف باسم التصوير ” RGB “،
لأنه يعتمد على خلط الألوان الأساسية من الأحمر والأخضر والأزرق لصنع ألوان أخرى، تماماً مثل خلط الدهانات الحمراء والصفراء والزرقاء في المدرسة الابتدائية.
وبصرف النظر عن القليل من عدم وضوح بالقرب من حواف الإطار، يمكن التقاط صور الكاميرا الصغيرة المماثلة لتلك التي اتخذت مع العادية، كما تضم إعدادات الكاميرا سلسلة من ست عدسات انكسارية.
يمكن للكاميرا أيضاً أن تعمل بشكل جيد في الضوء الطبيعي، بدلاً من ضوء الليزر النقي أو غيرها من الظروف المثالية للغاية التي تتطلبها كاميرات metasurface السابقة إذا كانت تنتج صوراً ذات جودة جيدة.
وقال السيد تسنغ، الذي يتواجد في جامعة برينستون في نيو جيرسي: “لقد كان تحدياً لتصميم وتكوين هذه الهياكل المجهرية الصغيرة للقيام بما نريد”.
“بالنسبة لهذه المهمة المحددة المتمثلة في التقاط صور RGB ذات مجال الرؤية الكبير، فهي صعبة لأن هناك الملايين من هذه الهياكل المجهرية الصغيرة على metasurface، ولم نعرف كيفية تصميمها بطريقة مثالية”.
للتغلب على هذا، ابتكر خبير البصريات بجامعة واشنطن شين كولبورن نموذجاً رقمياً يمكنه محاكاة تصميمات metasurface وإنتاجها الفوتوغرافي، مما يسمح للباحثين بتقييم وصقل التكوينات المختلفة.
وفقاً للبروفيسور كولبورن، فإنّ العدد الهائل من الهوائيات على كل سطح وتعقيد تفاعلاتها مع الضوء يعني أن كل محاكاة تستخدم كميات هائلة من الذاكرة والوقت.
وقال المهندس البصري جوزيف ميت،
الذي لم يشارك في الدراسة: “على الرغم من أنّ نهج التصميم البصري ليس جديداً، إلا أنّ هذا هو النظام الأول الذي يستخدم تقنية بصرية سطحية في الواجهة الأمامية والمعالجة العصبية في الخلف”.
وأضاف السيد مايت أنّ “تصميم حجم وشكل وموقع ميزات المليون metasurface ومعلمات معالجة ما بعد الكشف لتحقيق أداء التصوير المطلوب كان “مهمة شاقة”.
يعمل الفريق الآن على إضافة قدرات حسابية إلى الكاميرا،
ليس فقط لتعزيز جودة الصورة، ولكن أيضاً لدمج أشياء مثل اكتشاف الكائنات، والتي ستكون مفيدة للتطبيقات العملية
