Nykykameroiden on oltava pienempiä ja kevyempiä, jotta niitä voidaan integroida mobiililaitteisiin, lennokkeihin tai lääkinnällisiin laitteisiin. Samalla kuvanlaadusta ei silti olla valmiita luopumaan. Keinoksi ovat tulleet yhdistelmätekniikat, metaoptiikka ja laskennallinen kuvantaminen.

Tampereen yliopiston tutkijat Eguiazarian, Vladimir Katkovnik, Seyyed Reza Miri Rostami ja Igor Shevkunov ovat kehittäneet uudenlaista yhdistelmäoptiikkaa, jossa mittakaava on yli sata kertaa pienempi kuin perinteisillä yhdistelmäobjektiiveilla.   Tutkimusyhteistyöhön ovat osallistuneet myös tutkijat Samuel Pinilla Isosta-Britanniasta (Science and Technology Facilities Council, Harwell), sekä Arka Majumdar ja Johannes E. Fröch Yhdysvalloista (University of Washington, Seattle).

’’Nykyaikaiset kamerat on optimoitu tuottamaan laadukkaita kuvia. Ne koostuvat tyypillisesti monista objektiiveista, joilla kompensoidaan geometrisia ja kromaattisia poikkeamia. Tämä kuitenkin lisää kameran kokoa ja painoa’’. kertoo Tampereen yliopiston tukija Karén Eguiazarian. Hänen mukaansa tavoitteena on tehdä kameroista pienempiä ja kevyempiä säilyttäen samalla kuitenkin korkea kuvanlaatu.

Aluetta tutkitaan laajalti. Erityisesti litteästi taittuvan metaoptiikan käyttö taiteobjektiivien on aiheuttanut kasvavaa kilpailua ja johtanut nopeasti päästä-päähän-suunnittelukehykseen, jossa hyödynnetään nykyaikaisia neuroverkkoja. Ja vaikka uuden tekniikan potentiaali on suurelta osin kyetty osoittamaan tutkimuksessa, raportoitu suorituskyky on edelleen rajallinen. Tämä johtuu taittumisen metaoptiikan perusrajoituksista, kuten kalibrointivirheistä tai siitä, että mallinnetut ja tulokseksi saadut kokeelliset pistehajautustoiminnot eivät sovi yhteen.

Ratkaisu pulmaan on Tampereen yliopiston tukijoiden mukaan laskennallinen kuvantaminen, jossa digitaalinen taustaosa paikkaa optisten komponenttien puutteita ja parantaa kuvanlaatua. Laskennallisesta kuvantamisesta on siten tullut monitieteinen tutkimusala, joka yhdistää optiikkaa, matematiikkaa ja digitaalista kuvankäsittelyä. Tutkimuksessa kehitetyssä kamerassa on käytössä viiden millimetrin objektiiviaukko ja viiden millimetrin polttoväli.

Uudenlaista kameraa voidaan soveltaa tutkijoiden mukaan korkealaatuiseen nelivärikuvantamiseen ja ratkaisun edut näkyvät pienoiskameran mitoissa. ’’Yhdistelmämetaoptiikkaa hyödyntävän kameran kuvien laadun on osoitettu olevan ylivertainen verrattuna kaupallisten kameroiden yhdistelmäobjektiivien optiikkaan. Pienoiskoostaan huolimatta kameramme tuottamat kuvat ovat laadultaan ensiluokkaisia’’, tutkija Eguiazarian kiteyttää.

Kuva: Tampereen yliopisto