Оптика десятилетиями упиралась в компромисс: либо широкое поле зрения, либо высокая детализация — и почти всегда с громоздкими линзами и муторным выравниванием элементов. Теперь же в статье журнала Nature Communications команда лаборатории Гуоаня Чжэна (UConn) описала Multiscale Aperture Synthesis Imager (MASI — Многомасштабный сканер с синтезом апертуры).
Как получить сверхчеткое изображение без линз? В США создали технологию MASI
Ученые из Университета Коннектикута предложили способ получать сверхчеткие оптические изображения без линз и мучительной юстировки. Так, несколько сенсоров фиксируют «сырые» световые картины по отдельности, а синхронизацию и сборку кадра берет на себя софт.
University of Connecticut
Это вычислительная система, которая переносит ключевую часть «точности» из железа в алгоритмы.
Технология MASI: как получить сверхчеткое изображение
Идея опирается на принцип синтетической апертуры — тот же класс подходов, который лежит в основе сетей радиотелескопов вроде Event Horizon Telescope.
- У них сигналы с разнесенных датчиков можно когерентно объединять.
- Все потому, что у радиоволн большая длина волны, а значит, синхронизация достижима.
- В видимом диапазоне требования к фазовой согласованности становятся настолько жесткими, что классическая интерферометрия быстро упирается в практический потолок.
MASI делает ход в сторону «сначала измеряем, потом выравниваем». Каждый сенсор независимо записывает дифракционные паттерны — то, как световая волна распространяется после взаимодействия с объектом.
Эти записи содержат информацию об амплитуде и фазе, которую затем восстанавливают вычислительно.
После реконструкции комплексного волнового поля для каждого сенсора система цифровым способом «расширяет» данные, математически переносит волновые поля обратно в плоскость объекта и уже там проводит фазовую синхронизацию.
- Так, алгоритм итеративно подбирает относительные фазовые сдвиги между сенсорами, повышая когерентность и «собирая» энергию в финальном изображении.
Ключевой результат — виртуальная синтетическая апертура, значительно больше любой отдельной матрицы. Это дает субмикронное разрешение при широком поле зрения и — принципиально — без линз. В традиционных системах высокая детализация обычно требует малого рабочего расстояния: линзу приходится подносить к объекту на миллиметры, что может быть неудобно или даже нежелательно.
В MASI дифракционные паттерны можно снимать с расстояний в сантиметры и при этом восстанавливать тонкие детали. Ученые видят зоны применения от криминалистики и меддиагностики до промышленного контроля и дистанционного зондирования.
Эксперты подчеркивают масштабируемость: вместо усложнения оптики система наращивает возможности за счет массива сенсоров и вычислений.