МНОЖЕСТВО ДИАФРАГМ, НИ ОДНОГО ОБЪЕКТИВА: КАМЕРА СЛУЧАЯ

Традиционный метод получения изображений основан на фокусировке излучения с помощью линзы на светочувствительной поверхности — будь то матрица камеры, фотопленка или сетчатка глаза. Однако сравнительно молодая ветвь технологий визуализации, использующая захват и обработку «сжимаемых» сигналов (compressive sensing), вполне может изменить принципы, по которым строятся фотокамеры.

В некоторых случаях измерения, необходимые для однозначного восстановления сигнала, число которых определяется по теореме Котельникова, дают избыточную информацию, и фактически можно обойтись меньшим количеством измерений. Этот факт лежит в основе метода «сжимаемых» сигналов: правильно подобранная и обработанная информация позволяет записать изображение удовлетворительного качества, используя лишь малую долю того объема данных, который потребовался бы при использовании традиционных методов.

Камера, разработанная в Bell Labs, действует по принципу «сжимаемых» сигналов. Она состоит из «диафрагмального массива» (ЖК-панели, точки которой меняют прозрачность, представляя собой множество управляемых «диафрагм») и светочувствительного датчика.

В процессе получения изображения датчик записывает данные, полученные при некотором наборе открытых и закрытых «диафрагм». Ключевым моментом является то, что этот набор должен быть случайным. Затем записываются данные при другом расположении точек на ЖК-панели, и так несколько раз подряд. Несмотря на то, что наборы данных получены при случайных состояниях «диафрагмального массива», у них есть нечто общее, поскольку они отражают одну и ту же сцену. Алгоритм поиска этих корреляций («сжатия» сигнала) позволяет восстановить исходное изображение.

Чем больше измерений (снимков при разных состояниях «диафрагмального массива») будет выполнено, тем более четкое изображение можно получить. Но для записи изображения приемлемого качества достаточно сравнительно небольшого числа измерений (и незначительного объема данных).

Исключив линзу из конструкции камеры, можно одновременно избавиться и от проблем с аберрацией различных типов. При этом изображение всегда будет в фокусе. Разрешение системы зависит от размеров «диафрагмального массива» и количества точек в нем. Подход применим при работе не только с видимым светом, но и, например, инфракрасными или миллиметровыми волнами. Система собрана из недорогих, коммерчески доступных компонентов.

Основной недостаток безлинзовой камеры, сконструированной инженерами Bell Labs, — длительное время, необходимое для последовательной записи данных при различных состояниях «диафрагмального массива». Камера (по крайней мере в существующем исполнении) пригодна только для сохранения статичных сцен.

По сообщению MIT Technology Review