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Conceito de câmera com lente flexível promete maravilhas

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Pesquisadores da Universidade de Columbia – EUA estão trabalhando para produzir uma câmera digital de folha flexível com lentes elásticas(!). O programa visa a criação de câmeras de resolução muito finas que podem ser enroladas em torno de superfícies como painéis de automóveis. Atualmente em forma de conceito, a matriz de lentes folhas que tal câmera pode usar tem sido desenvolvida para produzir uma imagem sem costura sobre um sensor flexível quando é dobrado ou enrolado em torno de um objeto físico.

O foco da pesquisa está na criação de lentes flexíveis que são capazes de mudar de forma (e, portanto, a distância focal efetiva) à medida que são esticadas e comprimida de modo que o sensor de imagem pode gravar uma imagem detalhada qualquer que seja o campo de visão.

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Com lentes fixas, as lacunas aparecem entre a cobertura das lentes quando o substrato é dobrado (à esquerda), mas no exemplo da lente flexível do pesquisador (à direita) as lentes dobram com o substrato e oferecem cobertura contínua do objeto.

Em tentativas anteriores de matrizes de lente flexível apenas o substrato era flexível, e a folha de lentes que tinha lacunas nas dobras têm aparecido na cobertura do objeto como o ângulo entre as lentes aumentada para além do seu campo de vista individual. Estas lacunas levam ao aliasing e sinais espúrios na imagem final que não podem ser corrigidas em software de pós-processamento. Neste novo conceito as lentes também são flexíveis e elas esticam como as folhas em curvas, alterando seu comprimento focal e proporcionando uma melhor amostragem do objeto.

Até agora, a pesquisa teve sucesso na produção de uma folha de silicone com as lentes moldadas, de um lado e um difusor por trás de uma folha de abertura no outro. As aberturas atuam como um filtro assegurando a luz de cada lente moldada atinja apenas um ponto no difusor de visualização.

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As imagens criadas com a substrato curvo por diferentes graus, mostrando como muda o campo de visão

O sistema, na verdade, não foi utilizado com um sensor ainda, mas o estudo conseguiu usá-lo para projetar imagens sobre a tela do difusor para determinar a eficácia que teria. Dobrando a folha aumenta e diminui seu campo de visão, ou comprimento focal eficaz, e as imagens foram exibidas sem áreas faltantes. Tudo que é necessário agora é um sensor flexível para ir com ela.

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Uma matriz de lentes foi formada ao colocar silicone em um molde de metal

A intenção do projeto é trabalhar no sentido de encontrar uma maneira de fazer folhas de lentes trabalhar com materiais fotossensíveis que irá gravar imagens quando envolvido em torno de objetos do mundo real. Os pesquisadores querem ser capazes de produzir essas câmeras flexíveis em formato de rolo a um baixo custo de modo que as folhas possam ser cortadas à medida para atender usos específicos.

A informação divulgada sugere que uma câmera flexível poderia ser envolvido em torno dos painéis de um carro para dar ao motorista uma visão de todos os ângulos. Alternativamente câmeras flexíveis poderiam ser utilizadas pelos consumidores para tirar fotografias normais, mas com o usuário dobrando a folha para alterar o campo de visão, ou efeito zoom, do sistema.

Para mais informações consulte a página do projeto no site da Universidade de Columbia (em inglês).

Comunicado de imprensa explicando detalhes da câmera flexível:

Câmeras com folha flexível e óticas elásticas

Neste projeto, buscamos uma abordagem radicalmente diferente à imagem. Em vez de tentar capturar o mundo a partir de um único ponto no espaço, o nosso objetivo é explorar a ideia de imagem usando uma folha fina, grande, flexível. Se tais câmeras podem ser feitas a um baixo custo (de preferência, como um rolo de folha de plástico), que podem ser utilizadas para formar imagens do mundo em formas que seriam difíceis de conseguir utilizando uma ou mais câmaras convencionais. No sentido mais geral, tal sistema de imagem permitiria qualquer superfície no mundo real capturar informação visual. Enquanto não é um trabalho contínuo significativo no desenvolvimento de sensores de imagem flexível, o nosso interesse aqui é na concepção óticas necessárias para formar imagens sobre tais sensores.

À primeira vista se poderia imaginar que uma matriz de lentes simples alinhadas com uma matriz de detector flexível seria suficiente – o seu campo de visão (FOV, em inglês) pode ser variado simplesmente ao dobrá-la. O que talvez seja menos evidente é o fato de que, em um estado curvado, o FOV pode acabar sendo severamente subutilizado. Esta subutilização leva a uma imagem capturada que não é limitada em banda. Assim, o critério de amostragem de Nyquist é violado e a imagem vai sofrer de serrilhamentos quando reconstruída. É importante notar que estes artefatos não podem ser removidos através de pós-tratamento já que a informação de cena é perdida durante a formação da imagem.

Para abordar o problema de aliasing ao longo de toda uma gama de curvatura de folha, propomos o desenho de uma matriz deformável (elástica) da lente. Mostra-se que, se for concebido cuidadosamente, as lentes deformáveis da matriz irá mudar de forma (comprimento e, portanto, foco) sob forças de flexão de uma maneira que minimiza o aliasing. Uma característica notável da nossa concepção é que a matriz da lente pode conseguir uma compensação de aliasing passivamente, sem a utilização de qualquer atuação por pixel ou controle. As nossas óticas podem ser combinadas com um conjunto de sensores flexível para se obter uma folha de câmera completa. Este projeto foi apoiado pelo Escritório de Pesquisa Naval (ONR, em inglês).

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