Kameraet er tynnere enn en amerikansk dime. (Foto: Rice University)

FLATCAM LINSELØST KAMERA

Slik fungerer kameraet som tar bilder uten linse

Snart kan kamera puttes i nesten hva som helst.

Kamera finner du stadig oftere i forskjellig elektronikk, men foreløpig har det en del praktiske begrensninger. Selv om de stadig lages i mindre innpakninger, er de avhengige av å ha minst én linse som kan fokusere lyset for å danne et bilde kamerasensoren kan oppfatte. Dermed må de nødvendigvis også ha kubeform.

Det kan komme til å endre seg. Et forskerteam ved Rice University har utviklet et kamera kalt Flatcam, som er tynnere enn et kronestykke og uten linser i det hele tatt.

I stedet brukes en flat sensor dekket med en plate av krom med en rekke små hull. Diffraksjon av lys gjennom disse, altså at lys i bestemte bølgelengder slipper gjennom hullene, gjør at lys treffer sensoren på forskjellige steder, og dataene fra sensoren kan prosesseres for å danne et bilde.

Metoden er ikke helt ulikt et hullkamera, hvor ett hull er alt som trengs for å tegne et bilde på en overflate på den andre siden av dette hullet.

Pusler sammen bildet

Dataene fra sensoren sendes til en datamaskin som prosesserer informasjonen, og ved hjelp av algoritmer pusler det sammen til et bilde.

Bilder tatt med kameraet kan dessuten fokuseres slik man ønsker. Det kan også ha langt bedre lysfølsomhet enn et kamera som typisk ville vært aktuelt å bruke i lignende applikasjoner.

Siden sensoren ikke fanger et bilde slik tradisjonelle kamera gjør, har det heller ingen søker. Det krever dessuten en del regnekraft for å kunne gjøre dette, ettersom data fra sensoren må prosesseres i sanntid. Avhengig av metode tar det fra 75 millisekunder til 75 sekunder å prosessere dataene til et bilde.

Smarttelefoner har nok kraft til å kunne i det minste en lavoppløst søker, sier ingeniør Richard Baraniuk i et intervju på Rice Univsersitys nettsider.

Siden lysfølsomhet er knyttet til sensorstørrelse, og større sensor vil kreve større avstad til linsen, er det vanligvis slik at jo mer miniatyrisert kameraet er, jo dårligere lysfølsomhet får det. Det vil ikke være et problem med Flatcam.

Tanken bak er ikke ny, men i dette tilfellet er hullmasken plassert så nærme selve sensoren at det åpner for fullstendig flate kamera.

Billig å produsere

Illustrasjon fra publisert artikkel.
Illustrasjon fra publisert artikkel. Rice/Baraniuk et al.
En annen fordel med denne teknikken er at kameraet vil være mye billigere å produsere enn tradisjonelle linsebaserte kamera. Det kan produseres på samme måte som mikrobrikker.

Det gjenstår mye arbeid. I øyeblikket er det en PC som prosesserer informasjonen og setter sammen bildene. Oppløsningen på bildene er dessuten bare 512 ganger 512 piksler. Men det er foreløpig bare snakk om en prototype, basert på en Sony ICX285-sensor med 1,4 megapiksler.

På sikt kan slike kamera bygges inn i svært mange applikasjoner. Forskerne ser for seg at de kan brukes i fleksible kamera, bygges inn i kredittkort, eller gjøre det mulig å ha kamera i ekstremt tynn forbrukerelektronikk. Slike kamera kan også brukes i alt fra sikkerhetsløsninger til helseteknologi.

En erstatning for et tradisjonelt linsekamera vil det imidlertid ikke være. I alle fall ikke med det første.

Ikke en ny tanke

Andre har også jobbet med lignende teknologi. Et team ved Bell Labs i New Jersey i USA laget for noen år siden et kamera som brukte en eneste piksel til å fange høyoppløste bilder. Her blir lyset filtrert gjennom et LCD-panel, og lys fra forskjellige kilder danner til slutt et ferdig bilde.

Rambus har også utviklet et linseløst kamera, kalt «Lensless Smart Sensor». Dette bruker også et diffraksjonsgitter, men over e langt mindre område av bildesensoren. Tanken bak dette er at de skal brukes på alle mulige små «tingenes internett»-enheter, og gi dem mulighet til å gjennomfære ansiktsgjenkjenning og bevegelse.

Rambus Lensless Smart Sensor krever dessuten at diffraksjonsgitterets avstand fra sensoren er dobbelt av bredden til sensoren. Dermed blir det upraktisk å bruke denne metoden med høyoppløste sensorer.

Til sammenligning bruker Rice-forskernes metode langt større kamerasensorer, noe som øker mengden lys som kan samles, og potensielt gjør det mulig å bruke metoden i kamera man bruker til å fotografere med. Gitteret må bare være en halv millimeter fra sensoren.