Путь к дешевым сенсорам и четырехмерному изображению физики открыт
Возможность получения четырехмерных изображений при помощи массива микролинз из жидких кристаллов показали и подробно объяснили физики. Новое устройство позволяет восстановить не только три пространственные координаты объектов в поле зрения, но и степень поляризации отраженного от них света, сообщает корреспондент tvbrics.com со ссылкой на nplus1.ru.
Другими словами, авторы устройства в своей публикации в журнале ACS Nano уверяют, что эта новая схема станет основой для нового вида дешевых сенсоров. Традиционные камеры получают исключительно двухмерное изображение. Трехмерность пространства сегодня создается с помощью дополнительных средств: глубина резкости, саккады, бинокулярность, смена перспективы, обработка изображения и многих других.
Правда, уже сейчас существуют возможности получения истинно трехмерных изображений, содержащих исчерпывающую информацию о положении всех запечатленных объектов по всем трем пространственным осям. Примеры тому - техники микроскопии: конфокальная микроскопия, оптическая когерентная томография или атомно-силовая микроскопия.
Эти техники реализуют практически все свои возможности, но они крайне сложны и дороги (имеется ввиду оборудование) плюс обладают внутренними ограничениями: требуют получения нескольких кадров для восстановления трехмерного изображения, сложных методов компьютерной обработки, что в итоге тормозит процесс получения результатов и уменьшает потенциал.
Исследователи пытаются использовать свойства света. Свет действительно обладает дополнительными характеристиками, в первую очередь, поляризацией. А комбинация трехмерного изображения и хотя бы одного параметра поляризации позволяет получать четырехмерные изображения, содержащие массу информации, полезной в исследованиях материалов, навигации и при изучении взаимодействия живых существ. Вот только пока реально удобного устройства с такими возможностями не существует.
И вот группа ученых из Китая под руководством Янь-Цин Лу (Yan-qing Lu) из Нанкинского университета предложила новый подход к созданию подобной камеры. Он основан на массиве небольших линз, в которых роль преломляющей среды играют жидкие кристаллы. Сама идея основана на создании суперструктуры из небольших линз: от центра к краю увеличивается размер линз, именно это задает различные фокальные расстояния. В процессе ориентации жидких кристаллов определяющая прозрачность для данной поляризации меняется по кругу.
Результатом работы стала возможность получать четырехмерное изображение по одному кадру! В этом процессе каждая микролинза строит собственное двумерное изображение, а положение наиболее резкого среди всех получаемых позволяет определить расстояние до объекта и степень поляризации.
В подтверждение жизнеспособности своей идеи физики уже создали соответствующую линзу. Правда, сейчас устройство ограничено в возможностях, но авторы уточняют — это был эксперимент, и есть вполне реальный потенциал для оптимизации.