Možno vás poteší technológia fotoaparátu vo vašom najnovšom smartfóne, ktorý dokáže rozpoznať svoju tvár a snímajte pomalé video v ultra vysokom rozlíšení, no tieto technologické vymoženosti sú len začiatkom väčšej revolúcie.
Najnovší výskum fotoaparátov sa posúva od zvyšovania počtu megapixelov k spájaniu údajov fotoaparátu s výpočtovým spracovaním. Nemyslíme tým štýl spracovania Photoshopu, kde sú efekty a filtre pridané do a obrázok, ale skôr radikálny nový prístup, kde prichádzajúce dáta nemusia v skutočnosti vyzerať ako obrázok vôbec. Obrazom sa stáva až po sérii výpočtových krokov, ktoré často zahŕňajú zložitú matematiku a modelovanie, ako svetlo prechádza scénou alebo kamerou.
Táto dodatočná vrstva spracovania nás magicky oslobodzuje od reťazcov konvenčných zobrazovacích techník. Jedného dňa možno už nebudeme potrebovať fotoaparáty v konvenčnom zmysle. Namiesto toho použijeme svetelné detektory, o ktorých by sme ešte pred niekoľkými rokmi nikdy neuvažovali o použití na zobrazovanie. A budú schopní robiť neuveriteľné veci, napríklad vidieť cez hmlu, vnútri ľudského tela a dokonca aj za stenami.
Jednopixelové fotoaparáty
Extrémnym príkladom je jednopixelový fotoaparát, ktorý sa spolieha na krásne jednoduchý princíp. Typické fotoaparáty používajú veľa pixelov (drobné senzorové prvky) na zachytenie scény, ktorá je pravdepodobne osvetlená jediným zdrojom svetla. Môžete robiť veci aj opačne, zachytávať informácie z mnohých svetelných zdrojov pomocou jediného pixelu.
Pozri súvisiace
Na to potrebujete riadený zdroj svetla, napríklad jednoduchý dataprojektor, ktorý osvetľuje scénu po jednom bode alebo sériou rôznych vzorov. Pre každý bod osvetlenia alebo vzor potom zmeriate množstvo odrazeného svetla a všetko spočítate, aby ste vytvorili konečný obrázok.
Jasnou nevýhodou fotenia týmto spôsobom je, že ich musíte poslať veľa svetelné body alebo vzory s cieľom vytvoriť jeden obrázok (ktorý by nasnímal iba jednu snímku s a bežný fotoaparát). Ale táto forma zobrazovania by vám umožnila vytvoriť inak nemožné kamery, napríklad fungujúce pri vlnových dĺžkach svetla mimo viditeľného spektra, kde sú dobré detektory nie je možné urobiť kamery.
Tieto kamery by sa dali použiť na fotografovanie hmla alebo hustý padajúci sneh. Alebo mohli napodobňujú oči niektorých zvierat a automaticky zvýšiť rozlíšenie obrázka (množstvo zachytených detailov) v závislosti od toho, čo je na scéne.
Dokonca je možné zachytiť snímky zo svetelných častíc, ktoré majú nikdy ani neinteragovali s objektom, ktorý chceme fotografovať. To by využilo myšlienku „kvantového zapletenia“, že dve častice môžu byť spojené spôsobom, ktorý znamená, že čokoľvek sa stane jednému, stane sa druhému, aj keď sú na veľkú vzdialenosť od seba. To má zaujímavé možnosti na pozeranie sa na objekty, ktorých vlastnosti sa môžu pri osvetlení zmeniť, ako napríklad oko. Vyzerá sietnica napríklad v tme rovnako ako vo svetle?
Multisenzorové zobrazovanie
Jednopixelové zobrazovanie je len jednou z najjednoduchších inovácií v pripravovanej technológii fotoaparátov a na prvý pohľad sa spolieha na tradičnú koncepciu toho, čo tvorí obraz. V súčasnosti sme však svedkami nárastu záujmu o systémy, ktoré využívajú veľa informácií, ale tradičné techniky zhromažďujú len malú časť z nich.
Tu by sme mohli použiť multisenzorové prístupy, ktoré zahŕňajú veľa rôznych detektorov nasmerovaných na rovnakú scénu. Hubblov teleskop bol priekopníckym príkladom toho, že produkoval obrázky vyrobené z kombinácií mnohých rôznych obrázkov nasnímaných pri rôznych vlnových dĺžkach. Môžete si kúpiť komerčné verzie tohto druhu technológie, ako napr Fotoaparát Lytro ktorý zhromažďuje informácie o intenzite a smere svetla na tom istom snímači a vytvára snímky, ktoré je možné po nasnímaní snímky preostriť.
Fotoaparát ďalšej generácie bude pravdepodobne vyzerať podobne Svetelná kamera L16 (vyššie). Tento fotoaparát obsahuje prelomovú technológiu založenú na viac ako desiatich rôznych snímačoch. Ich údaje sa kombinujú pomocou počítača a poskytujú 50 Mb, opätovne zaostriteľný a približovateľný obraz v profesionálnej kvalite. Samotný fotoaparát vyzerá ako veľmi vzrušujúca Picassova interpretácia bláznivého fotoaparátu mobilného telefónu.
Napriek tomu sú to len prvé kroky smerom k novej generácii fotoaparátov, ktoré zmenia spôsob, akým premýšľame a fotíme. Výskumníci tvrdo pracujú na probléme videnia cez hmlu, vidieť za stenya dokonca aj zobrazovanie hlboko vo vnútri ľudské telo a mozog. Všetky tieto techniky sa spoliehajú na kombináciu obrázkov s modelmi, ktoré vysvetľujú, ako svetlo prechádza cez alebo okolo rôznych látok.
Ďalší zaujímavý prístup, ktorý sa presadzuje, sa spolieha na to, že sa umelá inteligencia „naučí“. rozpoznávať objekty z údajov. Tieto techniky sú inšpirované procesmi učenia v ľudskom mozgu a pravdepodobne budú hrať hlavnú úlohu budúce zobrazovacie systémy.
Jednofotónové a kvantové zobrazovacie technológie tiež dospievajú do tej miery, že dokážu fotografovať s neuveriteľne nízkou úrovňou osvetlenia a videami s neuveriteľne vysokou rýchlosťou dosahujúcou bilión snímok za druhý. To stačí na snímanie obrázkov samotného svetla cestovanie naprieč ako scéna.
Niektoré z týchto aplikácií môžu vyžadovať trochu času na úplný vývoj, ale teraz vieme, že základná fyzika by nám mali umožniť vyriešiť tieto a ďalšie problémy prostredníctvom šikovnej kombinácie novej technológie a výpočtovej techniky vynaliezavosť.
Daniele Faccio je profesorom kvantových technológií na univerzite v Glasgowe. Stephen McLaughlin je riaditeľom školy inžinierstva a fyzikálnych vied na Heriot-Watt University. Tento článok bol pôvodne publikovaný dňa Konverzácia.
