Матрица камеры состоит из сотен мелких мегапиксельных светочувствительных датчиков. Фото: Duke University Imaging and Spectroscopy Program
Американские физики разработали миниатюрную гигапиксельную камеру AWARE-2, матрица которой состоит из сотен мелких мегапиксельных светочувствительных датчиков, объединенных в "пазл" размером 16 на 16 миллиметров, и опубликовали инструкцию по сборке такого устройства в статье в журнале Nature.
Четкость изображения в цифровых камерах ограничивается размерами светочувствительных элементов – их дальнейшая миниатюризация приводит к росту паразитных токов и другим побочным эффектам. Как правило, для получения снимков с разрешающей способностью в сотни мегапикселей или в гигапиксель фотографы прибегают к двум трюкам – склеиванию изображений, полученных отдельными камерами, или сканируя фотопленку при помощи дорогостоящих и громоздких сканеров. Единственным "настоящим" устройством такого рода является астрономическая камера PS1 на гавайских островах, являющаяся самой большой камерой в мире.
Группа физиков под руководством Дэйвида Брэди (David Brady) из университета Дьюка в городе Дарем (США) создала миниатюрную гигапиксельную камеру, расположив множество микроскопических светочувствительных матриц с разрешающей способностью в 14 мегапикселей в фокусе одной высококачественной линзы.
Данная технология не нова – она уже применяется при конструкции астрономических радио-телескопов, спектрометров и других крупных астрофизических приборов. Такие приборы называются антеннами или матрицами в фокальной плоскости. В частности, к числу подобных сенсоров относятся инструмент LABOCA в составе чилийской радиообсерватории APEX и облучатель радеотелескопа ALFA в обсерватории Аресибо.
Как объясняют ученые, использование гигантского "пазла" из небольших мегапиксельных сенсоров позволяет решить сразу несколько проблем. Во-первых, каждый элемент камеры не обладает своей собственной микро-линзой, что снижает цену устройства и уменьшает его габариты. Во-вторых, специализированное устройство первичной обработки картинки на каждом отдельном узле "пазл" камеры уменьшает нагрузку на шину передачи данных и центральный процессор устройства.
Брэди и его коллеги собрали экспериментальный прототип камеры, AWARE-2. По своему внешнему виду камера похожа на небольшую полусферу – линзу, на нижнюю часть которой приклеены матрицы микро-камер.
Общий размер камеры составляет всего 16 на 16 миллиметров, она способна работать при комнатной температуре, не требует специального ухода и способна получать три гигапиксельных изображения в минуту. При подготовке одного снимка внутри камеры каждую секунду передается и обрабатывается примерно 500 гигабайтов данных.
Физики проверили свое детище в действии, подготовив панорамы озера Пунго на территории штата Северная Каролина, ландшафта города Дарем и ночного неба. На снимках неба можно отличить отдельные звезды, на панораме города – номера машин, а на изображении озера – увидеть птиц на поверхности воды.
Как полагают ученые, разрешающую способность подобных камер можно развивать – Брэди и его коллеги уже работают над камерой в 10 гигапикселей и планируют начать разработку 50 гигапиксельного устройства. Однако для этого предстоит создать более совершенные линзы и решить проблему тепловыделения – даже гигапиксельная модель выделяет около 430 ватт тепла при подготовке снимка и поэтому требует сложной и громоздкой системы охлаждения.