エンジニアチームが、塩粒ほどの大きさで、その50万倍の大きさの通常のカメラと同等の画質の画像撮影が可能なカメラを開発しました。この超小型カメラは、平面光学技術と人工知能（AI）を組み合わせ、画像を生成します。
このカメラは、ちょっとしたお出かけには向いていませんが、この小型技術は医療画像などの分野で役立つ可能性があります。Amazon、Facebook、Google、そして米国国防総省といったプロジェクトの資金提供者からもわかるように、他の分野への応用も期待されています。
この新しいカメラは、数年前の同種のカメラと比べて、はるかに優れた画像を生成します。この「メタサーフェスカメラ」を開発したチームは、今週、その研究成果をNature Communications誌に発表しました。
「ここ数十年でセンサーは小型化されてきましたが、コンパクトカメラのレンズは大きく、カメラ全体の大きさを大きく左右します」と、プリンストン大学のコンピューター科学者でこの研究の共著者であるフェリックス・ハイド氏は、ギズモードへのメールで述べています。「劇的に小型のカメラを作るには、従来のガラス光学系ではなく、ナノサイズのアンテナアレイを用いた新しいタイプのレンズシステムを考案する必要がありました。ガラスを研磨したり射出成形したりする代わりに、これらの新しい光学系は、コンピューターチップと同様の方法で超小型で製造できます。」
メタサーフェス光学系は、複合光学系（スマートフォンや一般的な望遠鏡に使われているタイプ）とは少し異なる仕組みで動作します。複合光学系は複数のレンズを用いて光をセンサーに照射しますが、メタサーフェス光学系はナノスケールのアンテナ（この場合は160万個）を用いて光の波長をセンサーに照射します。最近の研究チームは、ナノ光学系と処理アルゴリズムを組み合わせ、「ニューラルナノ光学系」と呼ばれる技術を開発しました。
「これらの小さなナノ構造を設計し、目的の機能を発揮させるように構成するのは、これまで困難でした」と、プリンストン大学のコンピューター科学者で本研究の筆頭著者であるイーサン・ツェン氏は大学の発表で述べています。「広い視野角のRGB画像を撮影するというこの特定のタスクにおいて、何百万ものナノ構造と後処理アルゴリズムをどのように連携して設計するかは、これまで不明でした。」
ニューラルナノオプティクスにより、この超小型カメラは画像の空白部分を補い、ノイズを低減することで被写体の高画質な写真を生成します。この新型カメラは、50万倍の面積を持つ複合光学カメラと同等の画質の画像を撮影できます。
前世代のメタサーフェスナノ光学カメラで撮影された画像と並べて見ると、新しい写真がいかに優れているかが一目瞭然です。従来の最先端のメタサーフェスカメラで撮影された画像は、ぼやけていて色が歪んでおり、撮影対象物と完全に一致していませんでした。新しい画像の彩度と柔らかさは、まるで夢のような感覚を呼び起こします。ティースプーン1杯で失くしてしまうほどの小さなカメラで撮影された画像です。
ハイデ氏は大学の発表の中で、このカメラは最終的に携帯電話に搭載され、現在ポケットに入れて持ち歩いている複合レンズカメラに取って代わる可能性があると述べた。
「この技術は、内視鏡検査などの医療用途から自動運転車のカメラ、そして毎日持ち歩くスマートフォンまで、私たちが使うほぼすべてのカメラに応用できます」とハイデ氏はギズモードに語り、さらにニュースリリースでこう付け加えた。「個々の表面を超高解像度のカメラに変えることができるので、スマートフォンの背面に3つのカメラは必要なくなり、背面全体が1つの巨大なカメラになります。将来的には、全く異なるデバイスの構築方法が考えられます」
もちろん、私はこの技術のあまり夢想的ではない用途をいくつか思いつくし、この研究に一部資金を提供している国防総省もきっとそうできるはずだ。
この記事は、Felix Heide 氏のコメントを含めるように更新されました。
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