I ricercatori hanno progettato una nuova fotocamera compatta che acquisisce immagini grandangolari di alta qualità utilizzando una serie di superfici metalliche nanometriche utilizzate per manipolare la luce. Eliminando gli obiettivi ingombranti e pesanti tipicamente richiesti per questo tipo di imaging, il nuovo approccio potrebbe consentire l'integrazione di fotocamere grandangolari in smartphone e dispositivi di imaging portatili per veicoli come automobili o droni.

Tao Li e colleghi dell'Università di Nanchino in Cina riferiscono la loro nuova fotocamera ultrasottile in Optica . La nuova fotocamera, che ha uno spessore di soli 0,3 centimetri, è in grado di produrre immagini nitide di una scena con un angolo di visione di oltre 120 gradi.

L'imaging grandangolare è utile per acquisire grandi quantità di informazioni che possono creare immagini straordinarie e di alta qualità. Per le applicazioni di visione artificiale come la guida autonoma e la sorveglianza basata su droni, l'imaging grandangolare può migliorare le prestazioni e la sicurezza, ad esempio rivelando un ostacolo che altrimenti non potresti vedere durante la retromarcia in un veicolo.

"Per creare una fotocamera grandangolare estremamente compatta, abbiamo utilizzato una serie di metalenses che catturano ciascuna alcune parti della scena grandangolare", ha affermato Li. "Le immagini vengono quindi unite per creare un'immagine grandangolare senza alcun degrado della qualità dell'immagine."

Miniatura dell'obiettivo grandangolare

L'imaging grandangolare viene solitamente ottenuto con una lente composta fish-eye o un altro tipo di lente multistrato. Sebbene i ricercatori abbiano già provato a utilizzare i metalensi per creare fotocamere grandangolari, tendono a soffrire di una scarsa qualità dell'immagine o di altri inconvenienti.

Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno utilizzato una serie di metalli, ciascuno accuratamente progettato per mettere a fuoco una diversa gamma di angoli di illuminazione. Ciò consente a ciascun obiettivo di visualizzare chiaramente una parte di un oggetto o di una scena grandangolare. Le parti più nitide di ogni immagine possono quindi essere unite in modo computazionale per creare l'immagine finale.

"Grazie al design flessibile delle metasuperfici, le prestazioni di messa a fuoco e imaging di ciascun obiettivo possono essere ottimizzate in modo indipendente", ha affermato Li. "Questo dà origine a un'immagine grandangolare finale di alta qualità dopo un processo di cucitura. Inoltre, l'array può essere prodotto utilizzando un solo strato di materiale, il che aiuta a contenere i costi".

Vedere di più con le lenti piatte

Per dimostrare il nuovo approccio, i ricercatori hanno utilizzato la nanofabbricazione per creare un array di metalli e l'hanno montato direttamente su un sensore CMOS, creando una fotocamera planare che misurava circa 1 cm × 1 cm × 0,3 cm. Hanno quindi utilizzato questa fotocamera per riprendere una scena grandangolare creata utilizzando due proiettori per illuminare uno schermo curvo che circonda la fotocamera a una distanza di 15 cm.

Hanno confrontato la loro nuova fotocamera planare con una basata su un singolo metalens tradizionale mentre immaginavano le parole "Università di Nanchino" proiettate sullo schermo curvo. La fotocamera planare ha prodotto un'immagine che mostrava chiaramente ogni lettera e aveva un angolo di visione maggiore di 120°, più di tre volte più grande di quello della fotocamera basata su un metalens tradizionale.

I ricercatori osservano che la fotocamera planare dimostrata in questa ricerca utilizzava singoli metalensi di soli 0,3 millimetri di diametro. Hanno in programma di ingrandirli da circa 1 a 5 millimetri per aumentare la qualità dell'immagine della fotocamera. Dopo l'ottimizzazione, l'array potrebbe essere prodotto in serie per ridurre il costo di ciascun dispositivo. + Esplora ulteriormente

I metalli di smistamento dei colori aumentano la sensibilità dell'immagine