Цифровой журнал «Компьютерра» 2013 № 23 (176) - [24]

Шрифт

Интервал

Буду признателен, если кто-то из читателей прояснит отечественные ДНК-реалии в комментариях. Пока же позвольте просто удивиться разнице реакций американцев и россиян. Решение суда по делу Кинга немедленно стало новостью номер один на западных околоправовых интернет-ресурсах. А наш закон о геномной регистрации действует уже четвёртый год, и… тишина?!

В статье использованы иллюстрации Abode of Chaos, Duncan Hull, кадр из к/ф «Гаттака».

К оглавлению

Создана безлинзовая камера нового типа. Нет объектива — нет проблем

Андрей Васильков

Опубликовано 05 июня 2013

Исследователи из легендарной Bell Laboratories недавно описали новый перспективный вид безлинзовых камер – с одним светочувствительным элементом и массивом диафрагм. Снимать им будут отнюдь не портреты и не только в видимом свете.

Долгое время под безлинзовой камерой понималась известная ещё до нашей эры камера-обскура или её современные наследники – стенопы (пинхолы). При невысокой детализации изображения они привлекают бесконечной глубиной резкости и находят свои специфические области применения.

_{>Силуэтная съёмка безлинзовой камерой Pinholga (фото: Chris Keeney)}

В силу компактности пинхолы популярны в мобильных устройствах и системах видеонаблюдения (особенно скрытого). Самодельные обскуры и переделанные под стенопы фотоаппараты до сих пор имеют художественное и практическое значение. Посмотрите, к примеру, как энтузиасты используют дешёвую пятимегапиксельную «мыльницу» в безлинзовой микроскопии.

http://www.youtube.com/watch?v=SzNjJ8_zT-A

Недавно группа сотрудников Bell Laboratories под руководством Гана Хуана разработала принципиально иной метод получения изображений, отличающийся малым объёмом требуемых для их описания данных. В прототипе камеры не просто отсутствует объектив – изменён сам принцип съёмки.

В обычном цифровом фотоаппарате отражённый от объекта свет собирается системой линз объектива и через отверстие диафрагмы попадает на светочувствительную матрицу. Передаваемая ею информация избыточна, что приводит к необходимости использовать память большого объёма и алгоритмы сжатия. Последние делятся на компрессию без потерь (оптимизированная запись RAW снимков) и с огрублением изображения (JPEG разной степени сжатия). Вносимые линзами объектива геометрические искажения и хроматические аберрации частично устраняются программным способом.

Исследователи из Bell Laboratories пошли другим путём. Ключевая особенность их методики съёмки заключается в устранении избыточности уже на этапе получения изображения. Ранее другой исследователь – Вэньлинь Гон из Шанхайского института оптики и точной механики установил, что в этом случае потребуется примерно в сто раз меньше данных. Впрочем, это не единственная интересная особенность метода.

_{>Устройство безлинзовой камеры. Слева — ЖК-панель. Справа — плата с парой однопиксельных сенсоров (выделены красным). Фото: Bell Labs}

Описываемый в статье прототип безлинзовой камеры из Bell Labs состоит из двух элементов: однопиксельного светочувствительного элемента (их может быть несколько) и жидкокристаллической панели. Последняя играет роль массива диафрагм, регулирующего характер пропускания света.

Положение открытых и закрытых пикселей панели изменяется случайным образом через заданные интервалы времени. Получаемый сигнал каждый раз сравнивается со всеми предыдущим. В итоге получается набор измерений, описывающих одну ту же картину. Корреляция между ними обусловлена исключительно влиянием снимаемых объектов, так как набор открытых пикселей менялся случайным образом. По обнаруженным соответствиям восстанавливается изображение, а избыточные данные автоматически отфильтровываются.

_{>Принцип работы безлинзовой камеры с единичным однопиксельным сенсором (фото: Bell Labs)}

Метод базируется на теореме отсчётов, сформулированной и доказанной в 1933 году Владимиром Александровичем Котельниковым. По идеологическим причинам за рубежом она получила название «теоремы Найквиста – Шеннона», хотя оба уважаемых автора имеют к ней довольно косвенное отношение.

Согласно её положениям аналоговый сигнал с ограниченным по ширине спектром (в данном случае – свет, используемый для получения изображение объекта) может быть восстановлен без потерь по значениям его амплитуды в определённый момент времени, измеренным с определённой частотой.

Опытные фотографы куда больше внимания уделяют характеристикам объектива, чем самого фотоаппарата, потому что если изображение будет изначально «замыленным», то никакая матрица и алгоритмы обработки его не спасут. Здесь же объектив не нужен вовсе.

Отсутствие объектива устраняет обычно вносимые им аберрации и потери света, снимает проблему точности и скорости фокусировки оптической системы, существенно упрощая её.

Итоговый снимок получается без геометрических искажений (ортоскопическим), а все объекты на нём всегда находятся в фокусе из-за бесконечной глубины резкости.

Степень детализации возможна практически любая. Она напрямую зависит от количества измерений, то есть длительности съёмки. Минус этого в том, что получить чёткий портрет таким образом явно не получится. Качество будет примерно как у первых фотоаппаратов, перед которыми сидеть надо было долго и неподвижно.

Продолжить чтение

Еще от автора Журнал «Компьютерра»