Исследователи из Принстонского и Вашингтонского университетов создали новую микрокамеру с высококачественным изображением, размером всего в полмиллиметра.

В исследовании, опубликованном в издании Nature Communications, показано, как использование оптических мета-поверхностей вместе с машинным обучением, даёт высокое качество изображения при широком охвате сцены.

Такую камеру можно использовать в различных отраслях: от робототехники до медицины, для чего она особенно хорошо подходит и может сильно помочь в диагностике.

Оптические метаповерхности предсталяют собой новый метод обработки света, с использованием цилиндрических столбиков, установленных на небольшой квадратной поверхности. Эти столбики с разной геометрией работают как антенны и могут улавливать входящие фотоны света. Затем они преобразуются в сигналы и посылаются на компьютер, который их интерпретирует и воссоздаёт исходное изображение.

Крошечные камеры могут найти применение в медицине, например, в исследованиях мозга, чтобы минимизировать инвазивную эндоскопию. Однако, для таких применений качество изображение у подобных камер пока ещё недостаточно высокое.

Поэтому исследователи используют оптические мета-поверхности с методами восстановления изображений при помощи нейросети. Таким образом удаётся получить более качественные изображения.

Исследователи протестировали алгоритмы машинного обучения со стимулятором, сравнивая различные конфигурации антенн (столбиков). Если учесть, что на такой поверхности величиной в полмиллиметра можно разместить 1,6 млн цилиндров (фотонных антенн), то такая симуляция будет требовать огромных объёмов памяти.

В настоящее время исследователи стараются повысить вычислительные возможности камеры и и планирует использовать нейро-микрокамеры для таких применений, как обнаружение объектов и в качестве датчиков для медицины или робототехники.

По материалам Nature communications https://www.nature.com/articles/s41467-021-26443-0