Нильский слоник вдохновил ученых на создание линзы-усилителя

Ученые из Висконсинского университета в Мадисоне разработали технологию, которая позволит повысить исключительно оптическими средствами позволит повысить качество изображений практически любых цифровых камер в ночное время. Результаты работы исследователей опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences, а их краткое изложение приводится в сообщении университета. На разработку оптического усилителя ученых вдохновило строение глаза нильского слоника (Gnathonemus petersii), пресноводных рыб, живущих в темной воде.

Разработчики создали неподвижную диафрагму, в центральном отверстии которой диаметром четыре миллиметра разместили шарообразную линзу диаметром шесть миллиметров. Диафрагму и линзу они прикрыли защитным прозрачным куполом толщиной один миллиметр и диаметром 12,5 миллиметра. С обратной стороны шарообразной линзы исследователи прикрепили сборку из микроскопических «колбочек» с зеркальными параболическими стенками и прозрачными торцами — 48 на 48. «Колбочки» закрепили при помощи полидиметилсилоксановой пленки.

Диаметр получившегося оптического усилителя составил 12,5 миллиметра. При эксперименте в темной комнате слабое световое излучение мощностью 0,05 микроватта на квадратный сантиметр свет, проходя через линзу, попадал в «колбочки» и на выходе концентрировался отдельными пятнами на CCD-матрице. Дальше специальное программное обеспечение, разработанное исследователями, обрабатывало «пятнистую» фотографию, и на выходе получалось изображение.

Во время испытаний ученые фотографировали символ Висконсинского университета в Мэдисоне фотоаппаратом без нового оптического усилителя и с ним. Без него получались черные снимки с шумом без какого-либо четко различимого изображения. В то же время на фотографиях, сделанных фотоаппаратом с оптическим усилителем, изображение символа университета различалось четко. Исследователи уверяют, что их разработка довольно проста и может быть интегрирована практически в любую современную фотосистему.

Фактически новый оптический усилитель позволяет превратить в относительно чувствительный прибор ночного видения любой аппарат с цифровой матрицей. Съемка различимых изображений возможна только в режиме градаций серого, причем некоторые детали на снимках становятся различимыми уже при световой мощности около 0,01 микроватта на квадратный сантиметр. Для сравнения световая мощность 100-ваттной лампы накаливания составляет около 1,8 ватта на квадратный сантиметр.

В современных приборах ночного видения используются фотоумножители на арсениде галлия, предотвращающие засветку соседних точек. Они образуют электронно-оптический преобразователь прибора, который усиливает слабый видимый свет и инфракрасное излучение ближнего спектра. При этом такие приборы для своей работы требуют хотя бы минимального освещения. По мнению разработчиков Висконсинского университета, их разработка будет полезной в камерах наблюдения и для ночной съемки.

Василий Сычёв