Експерименталната технология обещава революция в микроскопията

Изследователи от университета „Карнеги Мелън“ (CMU) разработиха експериментална оптична система, която позволява на камерите да фокусират върху различни обекти едновременно, независимо от разстоянието им. Новата технология, наречена „изчислителен обектив“, съчетава физически лещи с усъвършенствани алгоритми, за да преодолее едно от основните ограничения на традиционната фотография – фиксираната фокусна равнина.

Според доцента от CMU Матю О’Тул, системата предоставя на всеки пиксел собствен „виртуален обектив“. Това се постига чрез комбинация от лещи на Ломан (Alvarez lenses) – оптични елементи, които се плъзгат един спрямо друг за промяна на фокуса – и пространствен модулатор на светлината (SLM). Тази конфигурация позволява на устройството да манипулира светлината на микроскопично ниво, преди тя да достигне сензора.

Пробив в оптиката или академичен експеримент?

Традиционните обективи функционират подобно на човешкото око – те фокусират върху една конкретна равнина, като всичко пред и зад нея остава размазано (ефектът „боке“). За да се постигне яснота на цялата сцена, фотографите често използват техниката „focal stacking“ – заснемане на множество кадри с различен фокус и софтуерното им сглобяване. Новият метод на CMU извършва този процес оптично и в реално време.

Системата използва хибриден подход за автофокус, комбиниращ контрастен (CDAF) и фазов (PDAF) анализ, за да определи коя част от изображението изисква корекция. Професор Асвин Санкаранараянан описва технологията като потенциална революция в начина, по който машините „виждат“ света.

Приложение и скрити ограничения

Въпреки оптимистичните заявки за „безпрецедентна яснота“, технологията е изправена пред сериозни инженерни предизвикателства. Настоящият прототип е сложен и обемист, което го прави неприложим за мобилни устройства в близко бъдеще. Освен това, използването на светлинни модулатори често води до загуба на светосила и разделителна способност.

Най-реалистичните приложения на „изчислителния обектив“ не са в потребителската фотография, а в научната сфера. Технологията може драстично да подобри ефективността на микроскопите, където малката дълбочина на рязкост е постоянен проблем, както и в системите за компютърно зрение на автономните автомобили, които се нуждаят от надеждна информация за обекти на различни дистанции едновременно.