22 сентября 2021, среда, 11:21
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

21 января 2013, 18:03

JPEG и TIFF скоро устареют: новый тип сенсора из метаматериалов

Создатели нового сенсора Джон Хант и Том Дрисколл
Создатели нового сенсора Джон Хант и Том Дрисколл
Duke University

В журнале Science опубликована работа ученых из американского университета Дьюка, в которой они рассказывают о своем новом достижении - разработке нового способа получать высокоточные снимки из метаматериалов. Под ними понимают композиционные материалы, свойства которых определяются не столько химическим составом веществ, сколько их микроструктурой. Ученые утверждают, что созданные ими материалы позволяют создавать среду с доселе казавшимся невозможным отрицательным коэффициентом преломления, что ломает привычные представления о мире. Скажем, если бы гаишник измерял скорость при помощи радара с отрицательным показателем преломления, то ему бы казалось, что машина от него удаляется, двигаясь по встречной полосе. Эти же материалы, кстати, в будущем могут помочь ученым создавать "шапки-невидимки", а если серьезно, то комбинезоны, в которых объекты могут стать невидимыми. Происходит это за счет того, что метаматериалы пропускают видимый свет (то есть волны определенного диапазона) лишь частично.

Сегодняшние форматы изображения исходят из размерности пространства. Каждый знает, что типичные фото- и видеоматериалы являются двухмерными, а их четкость и детализированность определяется разрешением - количеством пикселей на единицу физической площади. Все существующие системы визуализации строятся на том, что размерность пространства хранит в себе данные о детальности, но при этом не учитывается специфика некоторых объектов съемки. Скажем, информация о том, что Солнце слишком яркое для того, чтобы его можно было снимать на обычную популярную матрицу цифрового фотоаппарата, в систему визуализации устройств не вложена. Поэтому процесс сжатия в форматах вроде JPEG происходит уже после процесса визуализации.

Отличие нового формата состоит в том, что в только что созданном изображении процессы его сжатия и визуализации происходят одновременно. В этом случае потеря данных при обработке полученного снимка становится минимальной. А раз так, то на выходе получается изображение куда более значительной четкости и высокого разрешения.

Ученые из университета Дьюка говорят, что могут создать на основе метаматериалов сенсор нового типа, работающий с новым форматом хранения данных, который будет использоваться в фотокамерах будущего. Фотографы-любители смогут получать качественные снимки даже при наличии у них минимального опыта обращения с фототехникой. При последующей обработке и копировании снимков их качество теряться будет не так быстро, как в случае с JPEG. Правда, пока новый сенсор может работать только в микроволновом диапазоне.

В основе устройства лежит оптическая система, которая умеет фиксировать изображение без регулировки расстояния между фокусирующими линзами. Конструкция устройства позволяет ему делать до десяти кадров в секунду при частоте излучения в К-диапазоне - это от 18 до 26 ГГц. Ученые обещают, что сумеют построить такой сенсор и для других диапазонов электромагнитного излучения. Причем при должном финансировании произойдет это в самое ближайшее время.

Обрабатывается изображение тут же при помощи пропускающего волновода, состоящего из полосковой линии и резонансного контура. Последний контролирует амплитуду и фазу возбуждаемой волны. Ученые подчеркивают, что такое устройство может работать с любыми диафрагмами в зависимости от нужных волновых характеристик.

Современная индустрия работает в основном с двумя форматами растровой графики. Первый, JPEG, используется главным образом фотолюбителями. Второй, TIFF, широко применяется в полиграфической индустрии, поскольку способен хранить данные об изображениях относительно высокой точности. В обоих случаях каждое изображение состоит из набора точек (пикселей), которых, однако, слишком много для того, чтобы их обрабатывать без потерь и возникновения ошибок. В результате система часто подменяет пиксели изначальных оттенков на похожие, и изображение не всегда полностью соответствует тому, которое было изначально.

Новый сенсор из метаматериалов использует не точечный принцип хранения картинки, а волновой фронт. В результате снимки получаются четче, изображения занимают меньший объем памяти, а качество сравнимо с изображениями в векторной графике, основанной на использовании не точек, а элементарных геометрических объектов. Такие изображения легко масштабируются, копируются и изменяются без потери качества. В итоге можно говорить о том, что ученые разработали принципиально новый способ получения и обработки фотоснимков и других изображений. Их технологии будут работать и с видео, а компрессия фото- и видеокадров происходит не на программном, а на аппаратном уровне.

Очевидно, что в будущем нас ждет новое поколение устройств для работы с изображениями. Фотографии будут иметь гораздо большее разрешение, а медики получат новые устройства для трехмерной магнитно-резонансной томографии и новых рентгеновских сканеров.

Кстати, впервые наноматериалы появились еще десять лет назад. Но до сих пор подобные исследования были невозможны, так как стоили эти вещества слишком дорого. За недавние годы себестоимость их производства резко упала. "Плащ-невидимка", о котором рассказывалось выше, был создан в 2006 году как раз при помощи метаматериалов.

Есть примеры и другого их использования. Компания Intellectual Venture, основанная бывшими работниками Microsoft, работает над созданием антенн нового типа на базе метаматериалов. Другая компания, Kymeta, одним из инвесторов которой является Билл Гейтс, к концу следующего года готовится представить новые высокоскоростные спутниковые антенны.

Сенсор нового типа пока, конечно, стоит слишком дорого. Но ученые из Университета Дьюка обещают, что как только начнется их массовое производство, стоимость при этом значительно снизится.

Обсудите в соцсетях

«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ МФТИ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность антропогенез археология архитектура астероиды астронавты астрофизика бактерии бедность библиотеки биоинформатика биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера вакцинация викинги виноделие вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты клад климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос кошки культура культурология лазер лексика лженаука лингвистика льготы малярия мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеоклиматология палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы путешествие пчелы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники средневековье старение старообрядцы стартапы статистика табак такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экзопланеты экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Алексей Ананьев Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад Солнечная система альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса вымирающие виды глобальное потепление грипп защита растений инвазивные виды информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология культурные растения междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция темная материя физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эволюция звезд эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество Европейская южная обсерватория жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2021.