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Kamera ohne Objektiv sieht die Dinge anders
Patrick Gill freut sich, mir ein kleines, unscharf wirkendes Bild der Mona Lisa zu zeigen, das in Schwarzweiß auf ein Blatt Papier gedruckt ist. Es ist buchstäblich nicht viel anzuschauen, aber es ist unverkennbar sie, mit langen dunklen Haaren und diesem mysteriösen Lächeln.
Stell dir das vor: Die linsenlose Kamera von Rambus verwendet ein spiralförmig geätztes Gitter, um Licht einzufangen. Hier ist neben einer Münze zum Größenvergleich ein Prototyp eines Gitters zu sehen, das auf einem Sensor sitzt.
Faszinierender als das niedrigaufgelöste Bild von da Vincis Meisterwerk ist jedoch, wie das Bild entstand: mit einer linsenlosen Kamera, die mit 200 Mikrometern kleiner als eine Bleistiftspitze ist.
Während Digitalkameras mit Objektiven großartige Fotos machen können, ist es schwierig, Kameras in kleinere Geräte zu integrieren. Die Miniaturisierung von Objektiven funktioniert nur bis zu einem gewissen Punkt: Je kleiner sie werden, desto schwieriger ist es, ihre präzisen gekrümmten Oberflächen herzustellen. Gill, Senior Research Scientist bei der Technologielizenzgesellschaft Rambus , glaubt, dass eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems darin besteht, das gebogene Kameraobjektiv durch einen winzigen Sensor zu ersetzen, der eine Spiralform verwendet, um das Licht abzubilden und sich auf einen Computer verlässt, um herauszufinden, wie das resultierende Bild aussehen sollte.
Schließlich stellt er sich vor, dass die winzige Kamera in alle möglichen Dinge eingebaut wird, von tragbaren Geräten über Sicherheitssysteme bis hin zu Spielzeug, ohne die Kosten oder den Umfang einer Kamera mit einem Objektiv erhöhen zu müssen. Unser Ziel ist es, jedem noch so kleinen digitalen Gerät Augen zu verleihen, sagt er.
Es geht nicht darum, hochauflösende Kameras zu bauen, wie man es sich für ein Smartphone wünschen würde, sondern den kleinsten, billigsten und am einfachsten herzustellenden optischen Sensor zu bauen, der immer noch genügend Informationen erfassen kann, um zu zeigen, was vor sich geht.
Gordon Wetzstein , ein Forscher der Camera Culture Group des MIT Media Lab, ist optimistisch, was die Technologie angeht, obwohl er sagt, es sei noch nicht klar, wie gut sie funktionieren wird. Abgesehen davon, dass die Pixel kleiner werden, haben wir bei den Kamerasensoren seit einiger Zeit nicht wirklich große Fortschritte gesehen, sagt er.
Das obere Bild zeigt, was der Sensor erfasst. Das mittlere Bild ist die Rekonstruktion des Computers; es ist unscharfer als das Original (unteres Bild), aber immer noch erkennbar.
Gill zeigt mir im Büro von Rambus in Sunnyvale einen Sensor-Prototyp, der mit 28 verschiedenen Arten von diffraktiven Strukturen geätzt wurde – Spiralen und andere Formen wie ein Kreuz und ein Fünfeck. Ein winziges Segment des Chips enthält eine Spirale, mit der eine Reihe von Bildern aufgenommen wurden, darunter das Mona Lisa-Bild, das Gill mir zeigt, sowie verschwommene Darstellungen von John Lennon und Georges Seurat Badegäste in Asnières .
Wenn Sie mit einer normalen Digitalkamera ein Gemälde an einer Wand fotografieren, fokussiert ein Objektiv jeden aufgenommenen Lichtpunkt auf einen Sensor und erzeugt eine digitale Datei, die Ihnen ein Computer als Bild anzeigen kann. Rambus' Ansatz verwendet stattdessen ein Gitter, das mit einem spiralförmigen Muster geätzt ist, durch das Licht aus jeder Richtung eintreten kann. Der Sensor unter dem Gitter erfasst ein Wirrwarr von Spiralen, die ein Mensch nicht als erkennbares Bild sehen würde, aber Software kann in ein solches übersetzen.
Gill verwendet das Mona Lisa-Bild, um es zu demonstrieren. Er zeigt mir ein normales Schwarz-Weiß-Bild des Gemäldes, eine verschwommene Schwarz-Weiß-Form, die das Durcheinander von Spiralen anzeigt, die der Sensor für die Interpretation durch den Computer erfassen würde, und ein verschwommenes, aber immer noch erkennbares Schwarz-Weiß-Bild des Gemäldes, wie aus diesen Daten per Software rekonstruiert.
Gill sagt, dass die Algorithmen von Rambus es den Benutzern ermöglichen, den Computer aufzufordern, Bilder in verschiedenen Auflösungen zu produzieren; Das höchste, was er bisher mit Prototypen erreicht hat, beträgt 128 x 128 Pixel, was seiner Meinung nach die Fähigkeiten der Sensoren mit der höchsten Auflösung repräsentiert, die Rambus machen würde, wenn die Technologie kommerzialisiert würde.
Während es andere linsenlose Kameraprojekte gibt, wie eines von Bell Labs (siehe Bell Labs erfindet linsenlose Kameras), glaubt Gill, dass das Projekt, an dem Rambus arbeitet, weniger komplex ist und viel kleiner gemacht werden kann. Die zur Herstellung verwendete Technologie ähnelt der CMOS-Technologie, die zum Bau von Computerchips verwendet wird, sodass sie in einer Reihe von Chips hergestellt werden könnte, während die Gesamtkosten jedes Chips um nur wenige Cent erhöht werden.