Während der Trend bei Smartphones hin zu größeren Sensoren geht, wird auch an möglichst kleinen Kamera-Sensoren geforscht. Wissenschaftler haben jetzt eine Kamera mit der Größe eines Salzkorns entwickelt, die erstmals auch brauchbare Fotos machen kann.
Wissenschaftler der Universität von Princeton und Washington haben eine winzige Kamera entwickelt. Sie ist knapp 500.000 mal kleiner als üblich und produziert endlich „verwendbare“ Aufnahmen. So kleine Kamera(-Sensoren) sind nicht komplett neu, haben jedoch bisher nur eine schlechte Bildqualität geliefert. Das ist die erste kleine Kamera mit einer nützlichen Optik.
Die wichtige Innovation nennt sich „Metasurface“, kommt aber (zum Glück) nicht von Facebook. In klassischen Kameras fokussiert eine Reihe von gebogenen Linsen das Licht auf einen Bildsensor. Je größer der Sensor ist, desto mehr Lichtinformationen können aufgenommen werden. Das Metasurface ähnelt eher Schaltkreisen als einer Linse, ist nur einen halben Millimeter breit und enthält knapp 1,6 Millionen zylindrische Posts. Diese Posts haben in etwa die Größe einer Viruszelle im menschlichen Körper. Im Grunde wurde damit eine eigene Art von Sensor entwickelt, der ähnlich wie bei klassischen Kameras funktionieren soll.
„Jeder Post hat eine einzigartige Geometrie und funktioniert wie eine optische Antenne.“, schreibt Phys.org. „Das Design jedes einzelnen Post zu variieren ist wichtig für die richtige Form der gesamten optischen Oberfläche.“
Nach der Aufnahme überarbeitet eine AI die Daten und entwirft ein Bild mit einer möglichst hohen Qualität. Vorgänger der Salzkorn-großen Kamera nutzten noch Laser und andere Techniken, die es eigentlich nur im Labor gibt. Die neue Kamera funktioniert auch außerhalb des Labors und soll bspw. bei nicht-invasiven medizinischen Eingriffen und bei kleinen Robotern eingesetzt werden.
Natürlich bewegen sich die Bilder der kleinen Kamera nicht auf dem Niveau einer Smartphone-Kamera. Für diese Größe und den Einsatzzweck sind sie anno 2021 aber ein Meisterwerk.
„Es war eine Herausforderung, diese kleinen Mikrostrukturen so zu gestalten und einzustellen, dass sie tun, was wir wollen.“, sagt Ethan Tseng, ein Ph.D.-Student aus der Universität von Princeton. „Die Aufgabe, ein Farbbild mit einem weiten Blickwinkel zu erreichen, war herausfordernd. Es gibt Millionen dieser kleinen Mikrostrukturen und es ist nicht ganz klar, wie man sie optimal nutzen kann.“
Um die richtigen Einstellungen für die Posts zu finden, haben die Wissenschaftler mehrere Computer-Simulationen durchlaufen lassen. „Überraschenderweise“ können Simulationen für 1,6 Millionen Posts „massive Mengen an RAM und Zeit“ verschlingen, weshalb man den Rechenaufwand deutlich vereinfachen musste.
Das nächste Ziel der Forscher ist es, die Bildqualität weiter zu verbessern. Aber auch Gegenstand-Erkennung und andere smarte Funktionen sind geplant, da sie besonders für den Einsatz in der Medizin Vorteile bringen. Felix Heide, Autor und Assistenz-Professor für Computerwissenschaften aus Princeton denkt aber auch über andere Anwendungsgebiete nach: „Wir könnten ganze Oberflächen damit in eine Kamera verwandeln und ultra-hochauflösende Fotos schießen. Damit bräuchte es keine drei verschiedenen Kameras mehr auf der Rückseite von Smartphones, da die gesamte Rückseite eine Kamera wäre.“
Was haltet ihr von dem Kamera-Experiment? Wäre eine ganze Rückseite als Kamera nicht cool oder habt ihr eher ein ungutes Gefühl bei den vielen potentiellen Einsatzmöglichkeiten? Schreibt es uns in die Kommentare!
