Các nhà nghiên cứu từ Princeton và Đại học Washington đã phát triển 1 camera có kích thước chỉ bằng hạt muối. Thông thường, các camera bé tí như thế này sẽ mang đến chất lượng hình ảnh kém. Tuy nhiên, nhóm các nhà nghiên cứu này đã tìm ra cách để tạo những hình ảnh đầy đủ màu sắc tương đương với những camera thông thường có kích thước gấp 500.000 lần.
Camera này sử dụng phần cứng hình ảnh cũng như xử lý điện toán để tạo ra kết quả tốt hơn nhiều so với các sản phẩm trước đây. Sự đổi mới quan trọng trong camera này chính là công nghệ có tên “metasurface” (siêu bề mặt).
Trong các camera truyền thống, một loạt các thấu kính uốn cong sẽ tập trung những tia sáng vào 1 hình ảnh. Một metasurface, vốn có thể được sản xuất tương tự như các vi mạch tích hợp (IC), chỉ rộng 0,5mm và chứa 1,6 triệu cột hình trụ. Những cột nhỏ này có kích thước gần bằng virus gây suy giảm miễn dịch ở người.
Phys.org lưu ý: “Mỗi cột lại có 1 hình dạng duy nhất và hoạt động giống như 1 ăng-ten quang học. Thay đổi thiết kế của mỗi cột là điều cần thiết để định hình chính xác toàn bộ mặt sóng quang học.”
Các thuật toán dựa trên học máy sẽ tính toán dữ liệu từ những tương tác với ánh sáng từ các cột và xuất ra những hình ảnh có chất lượng cao hơn với trường xem rộng nhất so với bất kỳ camera metasurface nào tương đương hiện nay.
Ngoài ra, các camera thuộc loại này trước đây thương yêu cầu ánh sáng laser tinh khiết cũng như những điều kiện phòng thí nghiệm khác nhằm tạo ra hình ảnh. Do bề mặt quang học của nó được tích hợp với các thuật toán xử lý tín hiệu, thiết bị này có thể chụp ảnh với ánh sáng tự nhiên, giúp nó trở nên thực tế hơn. Các nhà nghiên cứu hình dung nó sẽ được sử dụng trong những kỹ thuật y tế không xâm lấn hay hoạt động như các cảm biến nhỏ gọn cho robot cỡ nhỏ.
Các nhà khoa học đã so sánh những bức ảnh được chụp bằng công nghệ của họ với những phương pháp trước đó. Các kết quả được chụp ở điều kiện ban đêm và ban ngày. Họ cũng đọ sức nó với 1 camera truyền thống với sự kết hợp quang học từ 6 thấu kính khúc xạ. Và ngoài việc các cạnh rìa xung quanh bị mờ, các hình ảnh gần như tương đồng nhau.
Ethan Tseng, một sinh viên học lên Tiến Sĩ tại Princeton, đồng dẫn dắt nghiên cứu này cho hay: “Thật là một thách thức trong việc thiết kế và thiết lập các vi cấu trúc cực nhỏ này để làm những thứ mà bạn muốn. Đối với nhiệm vụ cụ thể là chụp những bức ảnh RGB trường xem lớn, thật khó khăn vì có hàng triệu vi cấu trúc nhỏ này và không rõ làm thế nào để thiết kế chúng theo cách tối ưu.”
Để tìm ra cách thiết lập cột, họ đã thiết kế một mô phỏng máy tính nhằm thử nghiệm các cách đặt ăng-ten siêu nhỏ khác nhau. Tuy nhiên, việc phát triển 1 mô hình với 1,6 triệu cột có thể ngốn dung lượng RAM “cực lớn” cũng như đòi hỏi nhiều thời gian. Thế nên, họ đã thu nhỏ mô phỏng để ước tính đầy đủ khả năng kết xuất hình ảnh của metasurface.
Mục tiêu tiếp theo của nhóm là bổ sung nhiều khả năng điện toán hơn cho công nghệ này. Tối ưu hóa chất lượng hình ảnh là một điều quan trọng đến mức không cần bàn cãi, nhưng họ cũng muốn kết hợp khả năng phát hiện đối tượng cũng như những khả năng cảm biến khác nhằm để tăng tính khả thi đối với việc áp dụng trong y tế và thương mại.
Như đã đề cập trước đây, nội soi và robot chỉ là một vài ứng dụng thực tế đối với metasurface. Một cách sử dụng metasurface thú vị hơn chính là loại bỏ các cục lồi camera trên smartphone.
Felix Heide, tác giả chính của nghiên cứu và là trợ lý giáo sư khoa học máy tính tại Princeton, cho biết: “Chúng tôi có thể biến các bề mặt riêng lẻ thành camera có độ phân giải cực cao, thế nên, bạn sẽ không cần đến 3 camera ở mặt sau điện thoại nữa mà toàn bộ mặt sau của thiết bị sẽ trở thành 1 camera khổng lồ. Chúng tôi có thể nghĩ ra những cách hoàn toàn khác để chế tạo thiết bị trong tương lai.”
Nguồn: Tech Spot
Trong các camera truyền thống, một loạt các thấu kính uốn cong sẽ tập trung những tia sáng vào 1 hình ảnh. Một metasurface, vốn có thể được sản xuất tương tự như các vi mạch tích hợp (IC), chỉ rộng 0,5mm và chứa 1,6 triệu cột hình trụ. Những cột nhỏ này có kích thước gần bằng virus gây suy giảm miễn dịch ở người.
Phys.org lưu ý: “Mỗi cột lại có 1 hình dạng duy nhất và hoạt động giống như 1 ăng-ten quang học. Thay đổi thiết kế của mỗi cột là điều cần thiết để định hình chính xác toàn bộ mặt sóng quang học.”
Các thuật toán dựa trên học máy sẽ tính toán dữ liệu từ những tương tác với ánh sáng từ các cột và xuất ra những hình ảnh có chất lượng cao hơn với trường xem rộng nhất so với bất kỳ camera metasurface nào tương đương hiện nay.
Các nhà khoa học đã so sánh những bức ảnh được chụp bằng công nghệ của họ với những phương pháp trước đó. Các kết quả được chụp ở điều kiện ban đêm và ban ngày. Họ cũng đọ sức nó với 1 camera truyền thống với sự kết hợp quang học từ 6 thấu kính khúc xạ. Và ngoài việc các cạnh rìa xung quanh bị mờ, các hình ảnh gần như tương đồng nhau.
Ethan Tseng, một sinh viên học lên Tiến Sĩ tại Princeton, đồng dẫn dắt nghiên cứu này cho hay: “Thật là một thách thức trong việc thiết kế và thiết lập các vi cấu trúc cực nhỏ này để làm những thứ mà bạn muốn. Đối với nhiệm vụ cụ thể là chụp những bức ảnh RGB trường xem lớn, thật khó khăn vì có hàng triệu vi cấu trúc nhỏ này và không rõ làm thế nào để thiết kế chúng theo cách tối ưu.”
Mục tiêu tiếp theo của nhóm là bổ sung nhiều khả năng điện toán hơn cho công nghệ này. Tối ưu hóa chất lượng hình ảnh là một điều quan trọng đến mức không cần bàn cãi, nhưng họ cũng muốn kết hợp khả năng phát hiện đối tượng cũng như những khả năng cảm biến khác nhằm để tăng tính khả thi đối với việc áp dụng trong y tế và thương mại.
Như đã đề cập trước đây, nội soi và robot chỉ là một vài ứng dụng thực tế đối với metasurface. Một cách sử dụng metasurface thú vị hơn chính là loại bỏ các cục lồi camera trên smartphone.
Felix Heide, tác giả chính của nghiên cứu và là trợ lý giáo sư khoa học máy tính tại Princeton, cho biết: “Chúng tôi có thể biến các bề mặt riêng lẻ thành camera có độ phân giải cực cao, thế nên, bạn sẽ không cần đến 3 camera ở mặt sau điện thoại nữa mà toàn bộ mặt sau của thiết bị sẽ trở thành 1 camera khổng lồ. Chúng tôi có thể nghĩ ra những cách hoàn toàn khác để chế tạo thiết bị trong tương lai.”
Nguồn: Tech Spot
