Подпишитесь на нашу ежедневную рассылку с новыми материалами

Наука


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 сканированию фотопленки при помощи дорогостоящих и громоздких сканеров. Единственным "настоящим" устройством такого рода является астрономическая камера PS1 на Гавайских островах, являющаяся самой большой камерой в мире.


Гигапиксельная камера в сборке с системой охлаждения. Матрица и процессор камеры занимают 0,3% от общего объема устройства

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 радиотелескопов, 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 радиотелескопа 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 микролинзой, 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 микрокамер.

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. 
Нужные услуги в нужный момент