Un approccio interessante per rimpicciolire gli elementi di una fotocamera fino a dimensioni impensabili (quelle di un chicco di riso), soprattutto mantenendo una qualità fotografica accettabile. Il lavoro è stato mostrato dai ricercatori dell'Università di Princeton e di quella di Washington con uno studio e alcune immagini campione.
Lo scopo non è quello di produrre oggetti per l'elettronica di consumo (o non da subito). Si pensa invece a nuovi strumenti per la robotica fino alla medicina che potrebbero trarre vantaggio dalle dimensioni ridotte e dalla qualità d'immagine migliorata di questa tecnologia.
La fotocamera grande come un chicco di riso
Nello studio dal titolo "neural nano-optics for high-quality thin lens imaging" si può leggere nel dettaglio l'idea di partenza e la sua realizzazione. Quello che emerge è la realizzazione di un piccolo dispositivo che trae vantaggio sia dalle metasuperfici che dal machine learning per ricostruire l'immagine che appare davanti al sensore.
Non si tratta quindi di un'applicazione convenzionale, ma di un'elaborazione spinta dei dati catturati per permettere di contenere le dimensioni complessive. Una delle strutture principali di questa fotocamera è una metasuperficie in nitruro di silicio che ha sulla superficie 1,6 milioni di cilindri di dimensioni molto ridotte (da 100 nm a 290 nm in larghezza e 705 nm in altezza su un supporto in ossido di silicio). Questi cilindri hanno una forma unica permettendo di veicolare la luce in maniera precisa funzionando come delle "antenne ottiche".
Rispetto a una coppia obiettivo-sensore tradizionale dove solitamente abbiamo più lenti che veicolano il fascio luminoso, in questo caso c'è solo una metasuperficie che svolge la funzione di queste ultime. Il sensore poi invia le informazioni per la processazione software. Come spiegato dai ricercatori l'aver sviluppato la parte fisica (metasuperfici) insieme a quella software è stata fondamentale per ottenere questi risultati.
In particolare la parte di elaborazione dati utilizza un metodo di deconvoluzione con un filtro inverso differenziabile insieme a un network neurale per l'estrazione delle informazioni e la loro rifinitura. Il tutto permette di ottenere immagini a colori, minori aberrazioni e con una qualità di gran lunga superiore rispetto al passato.
Altra caratteristica del nuovo approccio di questa fotocamera è che non c'è più bisogno di utilizzare laser o condizioni particolari per ottenere immagini di qualità. In questo caso si può utilizzare la luce ambientale per illuminare il soggetto. Questo rende più facile l'impiego in diversi ambiti non di ricerca. Come si può vedere nell'animazione qui sopra (e in quelle presenti nel video all'inizio della notizia), le differenze rispetto a quanto possibile solamente tre anni fa sono evidenti. Inoltre tutti i vantaggi descritti all'interno dello studio dovrebbero permettere di iniziare a sviluppare sistemi ancora più efficienti e complessi.
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