Как глаз насекомого: создана уникальная камера с высоким визуальным разрешением

Исследовательская группа KAIST создала ультратонкую матричную камеру с биологическим дизайном для высококонтрастного изображения с высоким разрешением.

Сложный глаз насекомого обладает превосходными визуальными характеристиками, такими как широкий угол обзора, высокая чувствительность к движению и большая глубина резкости, сохраняя при этом небольшой объем визуальной структуры с небольшим фокусным расстоянием.

Среди них существует Xenos peckii — эндопаразит бумажных ос, глаза которого имеют сотни фоторецепторов в одной линзе в отличие от обычных сложных глаз с несколькими светочувствительными клетками в отдельном глазке. Эта уникальная структура обеспечивает более высокое визуальное разрешение, чем глаза других насекомых. У Peckii Xenos глаз воспринимает также частичные изображения через пигментированные чашки, которые блокируют поступающий свет между ними.

Вдохновленная структурой глаза Xenos peckii, исследовательская группа KAIST под руководством профессора Чон Ки-Хуна продемонстрировала полностью упакованную ультратонкую камеру для глаз насекомых. Они разработали уникальную и новую конфигурацию микрооптического элемента, чтобы полностью подавить оптический шум между микролинзами при уменьшении толщины камеры. Этот оптический компонент был интегрирован с дополнительным датчиком изображения на основе оксида металла и полупроводника (CMOS), а конечная толщина полностью упакованного объектива камеры составляет всего 740 мкм.

Ультратонкая камера, созданная с использованием биологической технологии, имеет инвертированные массивы микролинз (iMLA), многослойные апертурные матрицы (MAA), разделители промежутков и матрицы датчиков изображения CMOS (CMOS ISA). . Здесь изображено также поперечное оптическое изображение iMLA и MAAs. c захваченным массивом изображений красного попугая. Справа фотографии коммерчески доступной компактной камеры (вверху) и ультратонкой камеры (внизу) для сравнения характеристик изображения с сопоставимым объективом с f-числом. Изображение красного попугая, полученное коммерциализированной камерой и одним каналом ультратонкой матрицы камеры, а также восстановленное изображение из нескольких каналов.

Полностью упакованная ультратонкая матричная камера успешно демонстрирует высококонтрастные изображения с четкой матрицей, полученные из крошечных микролинз. Для дальнейшего улучшения качества, ученые обсудили принцип видения глаза насекомого и объединили массивы изображений в одно с помощью суперразрешения. В этой работе также показана первая демонстрация изображения с суперразрешением, при котором получается один интегрированный снимок с высокой контрастностью и высокой разрешающей способностью. При этом по факту он восстановлен из массива фотографий с высокой контрастностью.

Команда думает, что их исследование будет иметь влияние на технический прогресс, а также окажет значительное влияние на междисциплинарные сообщества микро- и нанотехнологий, добывающих интеллектуальность из природных фотонных структур. А также подобное изобретение можно использовать в работе микророботов, в том числе, похожих на реальных насекомых.