Ученые сформировали изображения светового поля без использования объектива. Вместо него в схему камеры поместили рассеиватель излучения, который играл роль кодировщика информации о световом поле для ее дальнейшего восстановления по двумерному изображению. .[intro].

Такой подход позволил физикам повысить как пространственное, так и угловое разрешение получаемых изображений, а в будущем этот метод поможет преодолеть фундаментальные ограничения на качество векторного изображения светового поля, характерные для предыдущих поколений похожих устройств.

Текст работы опубликован в журнале Light: Science & Application.

Обычная фотография представляет собой двумерное изображение, которое не может передать угловое распределение попавшего на сенсор света. Камеры светового поля (они же пленоптические), напротив, созданы для регистрации информации как о пространственном расположении источников излучения, так и о направлении распространения света.

Такое сочетание открывает множество возможностей: к примеру, на готовой фотографии можно изменить дистанцию фокусировки, а по полученному изображению измерить расстояние до объекта. Потенциал камер светового поля уже используют в микроскопии, а также существуют коммерческие пленоптические камеры.

Для реализации всего потенциала технологии очень важно, чтобы пленоптические камеры обладали высоким угловым разрешением, но и качество двумерного изображения тоже уменьшать не хотелось бы. Однако в классическом подходе к созданию камер светового поля с помощью массива микролинз физикам приходится выбирать между хорошим пространственным и угловым разрешением, так как улучшение одной из этих характеристик приводит к ухудшению другой. В результате на выходе количество пикселей в камере на порядки превышает разрешение двумерного изображения.

Чтобы решить эту проблему, вместо большого набора линз ученые используют устройства для рассеивания света — диффузоры, которые играют роль кодировщиков двухмерных фотографий. Из последних, в свою очередь, зная параметры использованного рассеивателя, можно аналитически получить изображение исходного светового поля с высоким угловым разрешением, не жертвуя качеством двумерных снимков. Но в существующих схемах с диффузорами все еще используются линзы в составе объектива, которые вносят в систему аберрации и усложняют точное восстановление исходной картины светового поля.

Теперь Зевей Кай (Zewei Cai) из Штутгартского университета и Шэньчжэнского университета совместно с немецкими и китайскими коллегами продемонстрировали возможность создания изображений светового поля с помощью диффузора без использования объектива.