Как известно, объективы способны обеспечить высокую резкость только на одном, условно плоском слое пространства. Все, что находится перед или позади этой плоскости, оказывается не в фокусе и размывается. Сужение диафрагмы увеличивает глубину резкости, но ценой появления оптических искажений. Команда ученых из Университета Карнеги-Меллон задалась вопросом: что если линза сможет фокусироваться не на одной плоскости, а повторять форму самого объекта съемки?
Ответом стал «вычислительный объектив» — гибрид оптики и алгоритмов, пишет сайт вуза. В ее основе так называемая линза Ломана, которая использует две изогнутые кубические линзы. Их взаимное смещение позволяет настраивать фокус. Ключевым усовершенствованием стало добавление пространственного светового модулятора — устройства, которое может управлять искривлением света для каждого отдельного пикселя. Это позволило различным частям изображения одновременно фокусироваться на разной глубине.
Для этого система использует два современных метода автоматической фокусировки. Первый — контрастный автофокус (CDAF), который делит изображение на зоны и для каждой в отдельности подбирает настройку, дающую максимальную резкость. Второй — фазовый автофокус (PDAF), применяемый в современных камерах. Посредством датчика с двойными пикселями он определяет не только факт расфокусировки, но и направление, в котором нужно настроить линзу. Это делает систему быстрой и пригодной для съемки динамичных сцен — в испытаниях была достигнута скорость обработки в 21 кадр в секунду.
Как отмечают исследователи, их работа знаменует появление принципиально нового класса оптических систем. Это не просто улучшение существующих объективов, а фундаментальный пересмотр того, как камеры взаимодействуют со светом и формируют изображение. Технология открывает путь к созданию устройств, которые «видят» мир с той же цельностью и детализацией, что и человеческий глаз.
Потенциальные области применения этой технологии простираются далеко за рамки художественной фотографии. В микроскопии она позволит одномоментно получать четкие изображения всех слоев биологического образца без необходимости сканирования. Беспилотные автомобили смогут воспринимать окружающую обстановку с беспрецедентной детализацией. Также технология может использоваться в системах дополненной и виртуальной реальности, создавая более естественное и точное восприятие глубины.
Китайские ученые разработали в этом году безлинзовую камеру. Благодаря нелинейным кристаллам она создает четкие изображения в среднем инфракрасном диапазоне при слабом освещении и на больших расстояниях. Также она может создавать точные трехмерные изображения даже при крайне слабом освещении.
