Необычную цифровую фотокамеру, обходящуюся одним микроскопическим светодиодом вместо миллионов пикселей традиционной матрицы, создали учёные и инженеры из американского университета Райса (Rice University).
Можно предположить, что в камере Райса происходит некое последовательное сканирование изображения, но принцип работы новинки куда более удивителен.
Основу фотокамеры составляет чип DMD (Digital Micromirror Device), содержащий миллионы зеркал, каждое — размером не больше бактерии в поперечнике. Приборы DMD производит компания Texas Instruments, и они применяются в дорогих цифровых проекторах. Но в новой камере через DMD картинка не воспроизводится, а, напротив, «собирается».
У зеркал DMD есть одна особенность. Они могут занимать лишь два положения — прямое и отклонённое, соответствующее прохождению света через оптическую систему или отклонению его в сторону.
Благодаря тому, что переключаться между двумя позициями каждое из этих зеркал может миллионы раз в секунду, проекторы с DMD, варьируя для каждого зеркала время состояния «включено», выстраивают разные по яркости пиксели. За цвет же отвечают быстро меняющиеся в оптической системе фильтры.
А вот при обратном процессе, сборе света извне, такой фокус не пройдёт. Ведь яркость пикселя мы и хотим узнать.
Как же авторы новой камеры вышли из положения? Они призвали на помощь хаос.
Во время съёмки зеркала DMD быстро и хаотично колеблются. Объектив камеры направляет на DMD свет от сцены, а вторая линза собирает отблески от всех повёрнутых в данное мгновение микрозеркал и направляет их суммарное излучение на единственный фотодиод.
Далее в дело вступает хитроумный математический аппарат. Сложный алгоритм позволяет камере вычислить по последовательности замеров суммарной яркости случайно расположенных точек саму картинку.
При этом авторы устройства подчёркивают, что миллионы последовательных случайных узоров зеркал, сменяющие друг друга во время съёмки одного кадра, механически выполняют сжатие визуальной информации, которое в обычной камере с миллионами чувствительных «пикселей» на матрице производится уже после взятия изображения — электроникой.
В настоящий момент время выдержки у камеры Райса составляет пять минут, и она может снимать лишь неподвижные объекты.
Однако свою новинку авторы преподносят не как бытовой, а как научный инструмент. Они поясняют, что однопиксельная камера может снимать на разных длинах волн. А для некоторых частот вне видимого спектра изготовление традиционных матриц на миллионы пикселей обходится слишком дорого. Камере Райса, напротив, требуется всего один пиксель — один светодиод с нужным диапазоном воспринимаемых волн.
В дальнейшем создатели однопиксельной камеры не исключают появление её более совершенной версии и для использования в быту. Время выдержки при этом будет сокращено до разумных пределов — возможности микрозеркал это позволяют.
Читайте также о цифровой фотокамере, которая позволяет получить снимки с разрешением в 160 миллионов точек.
