Инженеры придумали безлинзовый фотоаппарат

 Исследователи из корпорации Bell Labs создали принципиально новый фотоаппарат, не имеющий линз. Вместо них устройство оборудовано сеткой из жидкокристаллических диодов, фотоэлектрическим датчиком и компьютером. По словам разработчиков, при помощи этой фотокамеры можно всегда получать чёткие изображения.

Обычные фотоаппараты работают по одной и той же схеме: свет фокусируется линзой, а затем проецируется на плёнку. Изображение "отпечатывается" на светочувствительной поверхности. В цифровых фотокамерах вместо плёнки используется матрица, которая является электронным датчиком. Сеть датчиков в таком фотоаппарате можно сравнить с сетчаткой глаза, которая также является светочувствительным элементом.

Основной принцип работы любой камеры заключается в получении и обработке максимального количества информации для создания наиболее чётких изображений. Инженеры из Bell Labs пошли "от противного": принцип работы безлинзового фотоаппарата основан на идее о том, что большая часть света, попадающего в объектив, является излишней. Поэтому в своей разработке учёные опирались на технологию, которую в англоязычных источниках именуют compressive sensing.

Их фотоаппарат состоит из трёх главных компонентов: сетки жидкокристаллических диодов (LCD), пропускающей свет, фотоэлектрического датчика RGB и компьютера, который контролирует работу LCD и обрабатывает данные, полученные датчиками.

Для того чтобы получать чёткие изображения, инженеры поместили LCD-дисплей между фотографируемым объектом и однопиксельным датчиком. Компьютер посылает сигнал дисплею, чтобы тот пропустил строго определённое количество света. Каждый кристалл в сетке отвечает за отдельный фрагмент изображения. В данном случае жидкокристаллические диоды играют роль диафрагмы.

Кристалл выбирается компьютером при помощи генератора случайных чисел. Фотоэлектрический датчик "ловит" свет, прошедший через LCD-решётку, и посылает данные в компьютер для дальнейшей обработки. Для создания всего одного изображения требуется множество "снимков", полученных жидкокристаллическими диодами в произвольном порядке. Данные о каждом снимке обрабатываются компьютером, и создаётся единая картинка.



Впрочем, столь сложная операции вполне оправдана: большое количество первичных изображений обеспечивает максимальную чёткость конечной фотографии.

От каждого фотографируемого объекта отражается определённое количество света, собирая его с разных, чуть отличающихся углов падения, аппарат получает общую картинку. Сравнение полученных изображений различных апертурных решёток позволяет собрать фотографию без использования линз.

Главным плюсом новой разработки является низкая стоимость материалов, из которых создан фотоаппарат. Прототип был сконструирован из материалов серийного производства, уже имеющихся на рынке. Также устройству есть куда расти: если добавить больше датчиков, можно будет получать сразу несколько изображений одновременно.

Пожалуй, единственным минусом безлинзового фотоаппарата является низкая скорость его работы: как и его "предкам" конца XIX века, ему требуется довольно долгое время, чтобы получить изображение, к тому же объект должен быть неподвижным.

О результатах своей работы учёные рассказали в статье, опубликованной пока лишь на сайте препринтов arXiv.org.