Pesquisadores projetaram uma nova câmera compacta que adquire imagens de grande angular de alta qualidade usando uma série de metalenses – superfícies planas nanopadrizadas usadas para manipular a luz. Ao eliminar as lentes volumosas e pesadas normalmente necessárias para esse tipo de imagem, a nova abordagem pode permitir que câmeras grande angulares sejam incorporadas a smartphones e dispositivos de imagem portáteis para veículos como carros ou drones.
Tao Li e colegas da Universidade de Nanjing na China relatam sua nova câmera ultrafina em Optica . A nova câmera, com apenas 0,3 centímetros de espessura, pode produzir imagens nítidas de uma cena com um ângulo de visão de mais de 120 graus.

A imagem grande angular é útil para capturar grandes quantidades de informações que podem criar imagens impressionantes e de alta qualidade. Para aplicações de visão de máquina, como direção autônoma e vigilância baseada em drone, a imagem grande angular pode melhorar o desempenho e a segurança, por exemplo, revelando um obstáculo que você não poderia ver ao dar ré em um veículo.

"Para criar uma câmera grande angular extremamente compacta, usamos uma série de metalenses que capturam certas partes da cena grande angular", disse Li. "As imagens são então unidas para criar uma imagem grande angular sem qualquer degradação na qualidade da imagem."

Miniaturizando a lente grande angular

A imagem de grande angular geralmente é realizada com uma lente composta olho de peixe ou outro tipo de lente multicamada. Embora os pesquisadores já tenham tentado usar metalenses para criar câmeras grande angulares, eles tendem a sofrer de baixa qualidade de imagem ou outros inconvenientes.

No novo trabalho, os pesquisadores usaram uma série de metalenses que são cuidadosamente projetadas para focar uma gama diferente de ângulos de iluminação. Isso permite que cada lente visualize claramente parte de um objeto ou cena de grande angular. As partes mais nítidas de cada imagem podem ser combinadas computacionalmente para criar a imagem final.

"Graças ao design flexível das metasuperfícies, o desempenho de foco e imagem de cada lente pode ser otimizado de forma independente", disse Li. "Isso dá origem a uma imagem grande angular final de alta qualidade após um processo de costura. Além disso, a matriz pode ser fabricada usando apenas uma camada de material, o que ajuda a manter os custos baixos."

Ver mais com lentes planas

Para demonstrar a nova abordagem, os pesquisadores usaram a nanofabricação para criar uma matriz de metalens e a montaram diretamente em um sensor CMOS, criando uma câmera planar que media cerca de 1 cm × 1 cm × 0,3 cm. Eles então usaram essa câmera para criar uma cena de grande angular criada usando dois projetores para iluminar uma tela curva ao redor da câmera a uma distância de 15 cm.

Eles compararam sua nova câmera plana com uma baseada em uma única metalens tradicional enquanto imaginavam as palavras "Universidade de Nanjing" projetadas na tela curva. A câmera planar produzia uma imagem que mostrava cada letra com clareza e tinha um ângulo de visão maior que 120°, mais de três vezes maior que o da câmera baseada em metalens tradicional.

Os pesquisadores observam que a câmera planar demonstrada nesta pesquisa utilizou metalenses individuais de apenas 0,3 milímetros de diâmetro. Eles planejam ampliá-los para cerca de 1 a 5 milímetros para aumentar a qualidade da imagem da câmera. Após a otimização, a matriz pode ser produzida em massa para reduzir o custo de cada dispositivo. + Explorar mais

Metalenses de classificação de cores aumentam a sensibilidade da imagem