Разработана сверхтонкая камера для смартфонов с широким полем зрения

Камера смартфона остается главным препятствием на пути к снижению его толщины. Чем лучше параметры оптики — тем сильнее она вступает из корпуса. В Корейском институте передовой науки и технологий (KAIST) сумели решить эту проблему.

Там разработали сверхтонкую камеру с широким полем обзора в 140 градусов — без каких-либо выступающих линз. Ожидается, что она найдет применение в самых разных областях: от медицинских эндоскопов до носимых устройств и микророботов.

Высокопроизводительные широкоугольные камеры обычно требуют нескольких составных линз, что неизбежно увеличивает толщину. Чтобы обойти это ограничение, исследователи обратили внимание на строение глаз паразитического насекомого Xenos peckii.

Обычные фасеточные глаза насекомых обеспечивают широкий обзор, но обладают низким разрешением. Однообъективные камеры, напротив, дают высокое разрешение, но имеют узкое поле зрения. Зрение же паразитирующих на осах X. peckii уникально: множество отдельных глазков захватывает фрагменты сцены, а мозг объединяет их в единое изображение высокого разрешения.

Перенеся этот принцип — раздельная съемка и последующая интеграция — в конструкцию камеры, команда одновременно добилась и малой толщины, и высокого качества картинки. Так удалось преодолеть низкое разрешение, присущее обычным фасеточным камерам, и узкое поле зрения систем с одной линзой.

«Традиционные широкоугольные камеры сталкивались с дилеммой: уменьшение размера ведет к падению разрешения, а повышение разрешения требует увеличения камеры. Применив визуальные принципы, заимствованные у природы, мы добились и широкого поля обзора, и стабильного качества изображения в сверхкомпактной конструкции. Это новый способ съемки, пригодный даже в условиях экстремально ограниченного пространства», — пояснил профессор Ки Хун Чон, руководивший исследованием.

Изюминка камеры — матрица из 5×7 эллипсоидных микролинз со смещенной апертурой. Они снимают изображение с разных направлений, затем фрагменты объединяют в четкую картинку без оптических аберраций. Алгоритмы обработки данных удалось оптимизировать так, что для их работы не нужен GPU.

Особая точность в подборе формы линз и точек входа света позволяет избежать размытия по краям кадра. В результате резкость остается равномерной от центра к периферии, что обеспечивает стабильное изображение даже с очень близкого расстояния.

В результате толщину устройства удалось довести до 0,94 мм. Сверхтонкую камеру проверили в деле, установив ее в стоматологический фантом — муляж головы с зубами, на котором учатся студенты-медики. Результаты испытаний опубликованы в журнале Nature Communications — и они превзошли ожидания: с расстояния 30 мм камера делает снимки, в которых умещаются все зубы одной челюсти.

Технологию передали компании MicroPix Co., Ltd., специализирующейся на оптической съемке, для полномасштабной коммерциализации к следующему году.