Ma ogromną głębię ostrości. Naukowcy skonstruowali aparat w oparciu o skamieliny

Przed wami kolejny przykład na to, że najlepszym wzorem do naśladowania w technologii jest natura. Naukowcy opracowali aparat, który jest wyposażony w mnóstwo obiektywów. Dzięki temu obraz będzie ostry w dużym przybliżeniu, jak i kilometry dalej.

W opublikowanym na łamach dziennika naukowego Nature artykule, naukowcy opisują swój nowy aparat. Bazuje on na technologii nanofotonowego pola świetlnego, która powstała w oparciu o konstrukcję oczu stawonoga wymarłego miliony lat temu. Mowa o trylobicie Dalmanitina socialis z okresu kambru.

Zacznijmy na początku od tego, czym właściwie są trylobity. Są to morskie stawonogi o owalnym, spłaszczonym grzbiecie. Na dole skorupy są wyposażone w kilka-kilkanaście par odnóży, a na górze osłania je kalcytowy pancerz. Wzdłuż ich ciała widać bruzdy, dzielące jego powierzchnię na trzy płaty, od czego wzięła się nazwa.

W okresie kambru (od ok. 541 do 485 milionów lat temu) w wodach Ziemi żył specyficzny gatunek trylobita – Dalmanitina socialis. Jego charakterystyczną cechą było niezwykle ostre widzenie, które stawonóg uzyskiwał przez specyficzną budowę oczu. Był on w stanie widzieć ostro jednocześnie rzeczy będące blisko oraz te znacznie oddalone. Ta konstrukcja była inspiracją do stworzenia przez naukowców aparatu rejestrującego obraz w podobny sposób, jak widziało prehistoryczne zwierzę.

Aparat jest oparty o sieć neuronową oraz technologię nanofotonowego pola świetlnego. Krótko mówiąc, w środku konstrukcji znalazły się mikroskopijne obiektywy, które rozpraszają światło po przejściu przez główną soczewkę. Dopiero później obraz z sieci optycznej jest rzutowany na matrycę i tak rejestrowany. Oprócz samego obrazu, aparat rejestruje informacje o głębi obrazu, przezroczystości poszczególnych elementów czy współczynniku odbicia i załamania światła w tychże. Tak powstaje 4-wymiarowy obraz pokazujący kierunki rozchodzenia się światła, co stoi w opozycji do konwencjonalnych aparatów, które rejestrują jedynie informacje o natężeniu fali padającej na powierzchnie i trafiającej przez okład optyczny na matrycę światłoczułą.

Rozwiązanie opracowane przez badaczy jest niejako zbliżone do tego, co widzieliśmy wcześniej w aparacie Lytro, który rejestrował kilka obrazów jednocześnie i pozwalał za pomocą uprogramowania ustawić ostrość w postprodukcji. Była też możliwość wybrania zasięgu głębi ostrości – od bardzo rozmytych przedmiotów przed i za punktem ostrości, do uzyskania obrazu będącego wyraźnym od początku do końca. Ograniczenie w przypadku aparatów opartych o pole świetlne polega na rozdzielczości – technologia ogranicza jakość zdjęć, lecz w przyszłości może się to zmienić.

Co do aparatu naukowego, ten jest wyposażony w nanosoczewki złożone w jeden metaobiektyw. Pojedyncze element mają grubość 0,02 średnicy ludzkiego włosa. Podobna struktura odpowiadała za budowę oka prehistorycznego trylobita. Końcowy obraz dzięki temu jest niezwykle ostry i bogaty w szczegóły. Na tym etapie ostre są elementy oddalone od obiektywu w zakresie 3 cm – 1700 metrów. Rezultat jest po prostu zaskakujący!

Więcej informacji znajdziecie w artykule naukowym opublikowanym w dzienniku Nature.

Marcin Watemborski, redaktor prowadzący Fotoblogii