پایان قطعی بر عکس‌ های دانه‌دانه شبانه با فناوری نوآورانه روترهای رنگی سه‌بعدی

عکس‌ های دانه‌دانه (Grainy) و پر از نویز در شب، عیب بزرگی است که هیچ‌گاه به نظر نمی‌رسد هیچ رونمایی از گوشی هوشمندی موفق به حل آن شده باشد، به همین دلیل است که یک راه‌حل بالقوه برای این مشکل که با یک پرینتر سه‌بعدی شروع می‌شود، توجه من را به خود جلب کرد.

به گزارش بخش اخبار فناوری زوم تک به نقل از Digital Trends، پژوهشگران دانشگاه فناوری و طراحی سنگاپور با همکاری شرکایی در چین و ژاپن، ساختارهای بسیار کوچکی به نام روترهای رنگی (Color Routers) را با استفاده از پرینتر سه‌بعدی ساخته‌اند. می‌توان آن‌ها را به عنوان راهنمایان ترافیک میکروسکوپی برای نور تصور کرد. آن‌ها به جای فیلتر کردن نور و دور ریختن بخش عمده‌ای از آن، نورهای قرمز، سبز و آبی را مستقیماً به نقاط مناسب روی حسگر دوربین هدایت می‌کنند (بر اساس گزارش Nature Communications).

روترهای رنگی چگونه بر فیلترهای سنتی دوربین غلبه می‌کنند؟

تقریباً تمام حسگرهای دوربین در پشت یک فیلتر بایر (Bayer Filter) قرار دارند. این فیلتر شامل شبکه‌ای از فیلترهای قرمز، سبز و آبی است که به یک رنگ اجازه عبور در هر پیکسل را می‌دهد در حالی که بقیه را مسدود می‌کند. در این فرآیند، تنها حدود ۳۰ درصد از نور ورودی به حسگر می‌رسد، در حالی که بقیه آن به هدر می‌رود. این یکی از دلایلی است که عکس‌های گرفته شده در شرایط نوری ضعیف می‌توانند دانه‌دانه به نظر برسند، به راحتی تار شوند یا به زمان نوردهی طولانی‌تری نیاز داشته باشند.

یک روتر رنگی رویکرد کاملاً متفاوتی را در پیش می‌گیرد. به جای مسدود کردن رنگ‌های ناخواسته، نور را به گونه‌ای هدایت می‌کند که بخش بیشتری از آن به حسگر برسد. هر واحد کوچک شامل چهار ستون دقیقاً شکل‌گرفته از جنس رزین است.

پژوهشگران این ساختارها را با استفاده از روشی به نام پلیمریزاسیون دو فوتونی (Two-Photon Polymerization) چاپ می‌کنند؛ تکنیکی که از یک لیزر متمرکز برای سخت کردن رزین مایع به شکل ساختارهای فوق‌العاده ریز استفاده می‌کند. این چهار ستون با همکاری یکدیگر نورهای قرمز، سبز و آبی را به سمت مناطق مربوط به خود در حسگر هدایت می‌کنند.

روترهای رنگی قبلی بر روی موادی مانند دی‌اکسید تیتانیوم متکی بودند. اگرچه آن‌ها می‌توانستند نور را به شدت خم کنند، اما ساخت آن‌ها با دقت بالا بسیار دشوار بود. با این حال، برای غلبه بر این چالش، تیم تحقیقاتی رویکرد هوشمندانه‌ای اتخاذ کرد. آن‌ها از رزین معمولی (که نور را کمتر خم می‌کند) استفاده کردند و با طراحی دقیق شکل و ابعاد ستون‌ها، این نقص را جبران نمودند.

عملکرد روترهای رنگی چقدر بهتر است و چه زمانی به گوشی‌ های هوشمند می‌آیند؟

در یک قطعه کوچک به عرض تنها یک میلی‌متر، روترهای رنگی چاپ‌شده توانستند حدود ۷۰ درصد از نور ورودی را در آزمایش‌های دنیای واقعی به مناطق حسگر مورد نظر هدایت کنند (که ۴۰ درصد بیشتر از یک فیلتر رنگی معمولی است).

آزمایش‌های دوربین در دنیای واقعی نیز بسیار امیدوارکننده هستند. تنظیمات دوربین مبتنی بر روتر توانست روشنایی مشابهی را با نوردهی حدود چهار میلی‌ثانیه به جای ۱۰ میلی‌ثانیه به دست آورد. این ویژگی در واقع می‌تواند به کاهش تاری ناشی از حرکت (Motion Blur) در صحنه‌های تاریک یا کم‌نور کمک کند. بازتولید رنگ‌ها نیز به واقعیت نزدیک‌تر بود.

با این وجود، در نهایت این پروژه همچنان یک آزمایشگاه است. این آزمایش با استفاده از یک حسگر تک‌رنگ (Monochrome Sensor) و نه یک دوربین کامل گوشی هوشمند انجام شده است. علاوه بر این، مقداری نشت رنگ نیز وجود دارد که در آن حدود ۲۵ درصد از نور آبی به کانال قرمز می‌رسد.

جوئل یانگ (Joel Yang)، پژوهشگر ارشد این پروژه، می‌گوید که این طراحی باید با مواد و فرآیندهای تولیدی که در حال حاضر توسط سازندگان تراشه استفاده می‌شود، سازگار شود. گام بعدی این است که یک روتر رنگی مستقیماً روی یک حسگر تصویر واقعی ادغام شده و عملکرد آن ارزیابی شود.

طبق تجربه، تبدیل یک آزمایشگاه موفق به یک ویژگی تجاری در گوشی شما ممکن است سال‌ها طول بکشد. بنابراین از ایده جذاب آن لذت ببرید، اما خرید گوشی جدید و ارتقای آن را به تعویق نیندازید.