Câmeras extremamente miniaturizadas permitem novas aplicações em medicina ou robótica. Graças à IA, os pesquisadores estão alcançando um marco importante.
A miniaturização constante de câmeras nas últimas décadas permitiu seu uso generalizado em imagens médicas, tecnologia de segurança, smartphones, robótica ou veículos autônomos. Câmeras que são uma ordem de magnitude menores também podem permitir inúmeras novas aplicações em medicina minimamente invasiva, nanorrobótica, wearables ou AR e VR. No entanto, essa miniaturização adicional é prejudicada por limitações fundamentais das abordagens atuais, como o uso de lentes.
Os pesquisadores estão, portanto, trabalhando em abordagens de câmera totalmente novas, incluindo a chamada ótica de meta-superfície (meta-óptica). Nesta abordagem, pequenas estruturas cilíndricas que variam em geometria são anexadas a uma superfície. Essas estruturas capturam fótons recebidos de maneira semelhante a pequenas antenas. Os sinais são então transmitidos para um computador e convertidos em uma imagem. No entanto, os sistemas anteriores produziam imagens borradas e distorcidas e tinham um campo de visão extremamente pequeno.
Tão pequeno quanto um grão de sal: nano-óptica neuronal
Pesquisadores da Universidade de Princeton e da Universidade de Washington agora estão superando essas limitações com uma câmera do tamanho de um grão de sal grosso. O novo sistema de câmera pode produzir imagens nítidas e coloridas comparáveis a uma lente 500.000 vezes maior que uma câmera convencional, diz a equipe.
“Foi um desafio projetar e configurar essas pequenas nanoestruturas para fazer o que você quer que elas façam”, disse Ethan Tseng, um estudante de doutorado em ciência da computação em Princeton que co-liderou o estudo. “Para esta tarefa específica de capturar imagens RGB com um grande campo de visão, não estava claro como projetar os milhões de nanoestruturas junto com os algoritmos de processamento de imagem”.
Os pesquisadores desenvolveram a nano-óptica com a ajuda da inteligência artificial. Eles automatizaram o teste de diferentes configurações de nanoantenas e algoritmos de imagem personalizados com um algoritmo de IA. Devido ao número de antenas e à complexidade de suas interações com a luz, testes automatizados simples sem ajuda de IA exigiriam “enormes quantidades de memória e tempo”, de acordo com os pesquisadores.
Meta-óptica como interface de smartphone
O design integrado da meta-óptica, com 1,6 milhão de estruturas e um algoritmo de processamento de imagem, é uma das principais inovações, disse Felix Heide, autor sênior do estudo e professor assistente de ciência da computação em Princeton. Por exemplo, o desempenho da pequena câmera em condições de iluminação natural aumentou significativamente. Os sistemas anteriores exigiam luz laser pura ou outras condições ideais criadas artificialmente.
Vídeo: Laboratório de Imagem Computacional de Princeton
Heide e sua equipe agora querem expandir os recursos da câmera. Eles gostam de melhorar a qualidade da imagem e adicionar recursos como reconhecimento de objetos à câmera, para que ela possa ser usada em aplicações como medicina e robótica.
A meta-óptica também pode transformar superfícies inteiras em sensores: “Poderíamos transformar superfícies individuais em câmeras de ultra-alta resolução, então você não precisaria de três câmeras na parte de trás do smartphone, mas toda a parte de trás se tornaria uma grande câmera”. A meta-óptica permitirá maneiras inteiramente novas de projetar produtos, disseram os pesquisadores.
A filmagem e o código estão disponíveis em GithubGenericName .
