Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 218

Устроит ли её новая роль? Прокормит ли?

К оглавлению

Опубликовано 27 марта 2014

Прошлым летом «Компьютерра» писала об интересной разработке Bell Laboratories — безлинзовой камере. Один или несколько однопиксельных светочувствительных элементов размещаются позади жидкокристаллической панели, которая работает как массив диафрагм и регулирует пропускание света. Их применение позволяет устранить избыточность снимка и сделать фотографию с бесконечной глубиной резкости, а то и построить новый вариант лидара. Этой весной в компании Rambus был создан ещё более впечатляющий вариант с размерами всего 200 мкм по длинной стороне. Такая камера может быть встроена куда угодно. 

Безлинзовая камера Rambus на фоне пяти евроцентов для сравнения размеров (фото: Rachel Metz / MIT).

Современные цифровые камеры обеспечивают исключительно детальное изображение, но такое высокое качество требуется не всегда. Порой куда важнее габариты и потребляемая мощность. Вместе эти параметры определяют возможность встраивания и время автономной работы. 

Основным ограничивающим фактором здесь остаётся оптика объектива. Её нельзя уменьшать без резкого ухудшения качества снимков и возможностей камеры.

Миниатюризации линз работает только до определённого момента. Чем меньше становятся размеры объектива, тем больше искажений и лимитов приходится учитывать. Нельзя изменять фокусное расстояние, становится труднее точно передать на снимке геометрию криволинейных поверхностей, усиливаются потери света и аберрации.

Руководитель исследовательской группы Патрик Гилл (Patrick Gill) занимает должность старшего научного сотрудника отдела лицензирования технологий компании Rambus. Он считает, что один из способов решения проблемы создания сверхминиатюрных камер заключается в полном отказе от изогнутых линз объектива. 

Слева направо: безлинзовая камера Rambus, модуль pinhole-камеры и десять евроцентов (фото: chip.de).

«Наша цель состоит в том, чтобы добавить “глаза” любому цифровому устройству, независимо от того, насколько оно мало», — поясняет Гилл. Он утверждает, что для создания камер нового поколения задачу формирования изображения следует полностью переосмыслить. 

В конечном счёте её будет выполнять сам микроскопический светочувствительный датчик. У созданного Гиллом прототипа он имеет спиралевидную форму, а продвинутый алгоритм обработки сигнала восстанавливает данные изображения просто по характеру изменения света.

Принцип работы безлинзовой камеры Rambus. Спиралевидная дифракционная маска (а), исходное изображение (b), отклик на сенсоре (с), предварительное (e) и восстановленное (d) изображение (иллюстрация: spie.org).

«Сейчас дело даже не в том, чтобы сделать камеры высокого разрешения нового типа, — пишет Гилл. — Важно создать самый маленький, самый дешёвый, самый простой в изготовлении оптический датчик, который все ещё сможет получать достаточно информации и показывать происходящее вокруг».

Исследователь из MIT Гордон Вейцштейн (Gordon Wetzstein) отмечает, что, хотя сама технология и выглядит перспективно, пока ещё не ясно, какой именно будет серийно выпускаемая модель безлинзовой камеры и насколько хороша она окажется.

«Гилл показал мне двадцать восемь прототипов с разными дифракционными структурами: спирали, перекрестия, пятиугольники, — говорит Верцштейн. — Крошечный сегмент чипа в виде спирали успешно захватывал тестовые изображения. Среди них были репродукции картин «Мона Лиза» Леонардо да Винчи и «Купальщицы» Жоржа Сера, фото Джона Леннона». Все снимки получились нечётким, хотя и узнаваемыми. Для прототипа с разрешением 128×128 пикселей это хороший результат.

Тестирование безлинзовой камеры Rambus (изображение: image-sensors-world.blogspot.com).

В обычной цифровой камере сенсор состоит из миллионов светочувствительных элементов, которые вместе фиксируют текущие значение яркости фрагментов изображения.

Безлинзовая камера Rambus работает совершенно иначе. Свет проходит через дифракционную решётку спиралевидной формы. Он отклоняется каждый раз специфическим образом и вызывает серию сигналов на светочувствительном элементе размером с остриё иглы. 

Сравнение методов получения изображения в традиционной и безлинзовой камере (иллюстрация: rambus.com).

Полученный набор импульсов описывает, как объекты перед камерой влияют на характер распространения света. Изображение этих предметов восстанавливается как сумма этих отклонений от идеального варианта, в котором перед камерой находится только перпендикулярно расположенный и равномерно освещённый лист белой бумаги.

Крошечные камеры Rambus могут быть легко интегрированы в самые разные вещи — от игрушек и носимых гаджетов до систем безопасности любого уровня. При серийном производстве их добавление практически не изменит конечной стоимости устройств.

К оглавлению

Опубликовано 27 марта 2014

Одна из замечательных особенностей цифровой эпохи кроется в смысловых коллизиях, возникающих на стыке нового «цифрового» и старого «аналогового» миров. Грубо говоря, всякую новую идею, технологию, механизм, можно уподобить чему-то из старого мира — попытаться «измерить» виртуальный объект привычными нам нравственными, правовыми, физическими мерками. Но отнюдь не факт, что аналогия сработает!

Примеров тому масса, и вы сами легко назовёте несколько. Как оценить что-нибудьсложность программы: байтами, строками, человеко-часами? Расценивать ли обмен гиперссылкой на контент как обмен самим контентом? А предоставление документа для скачки в файлообменной сети — это его распространение? И отнимаем ли мы у владельца оригинального файла, когда изготовляем копию?

Список можно продолжать, но нам сейчас важно другое. Хорошо, если разница в понимании цифровых феноменов не портит никому жизнь. А ведь бывает и так, что от неё зависит человеческая свобода! Как в истории с американцем Эндрю Арнхаймером, из которого «прогрессивные круги» вот уже год пытаются изобразить борца за права человека номер один.

Подробно об Эндрю, более известному как Weev, о совершённом им проступке и проповедуемой (но не исповедуемой) идее антибезопасности рассказывалось в этой колонке ровно год назад (см. «По стопам Аарона Шварца»). Поэтому за подробностями отсылаю к той публикации, а здесь напомню только самые существенные детали. Weev — 28-летний бородач с весьма специфическим чувством юмора, много лет балансировавший на тонкой грани между «чёрным» и «белым» хакерством. Говорят, он похитил миллионы, но доказательств нет, да и в тюрьму попал за другое — за обнаружение и эксплуатацию глупой ошибки в веб-сервере корпорации AT&T. Просто подменяя символы в адресной строке браузера, он с товарищем сумел вытянуть из AT&T сто тысяч почтовых адресов, принадлежащих клиентам компании. И ровно год назад получил за это 41 месяц тюрьмы плюс «бонусы» вроде временного ограничения доступа в Сеть. 

Откровенно говоря, приговор смущал многих уже тогда. Ведь Эндрю осудили по допотопному, 1984 года, закону «О компьютерных злоупотреблениях» (CFAA). Его принимали, когда свирепствовала холодная война, — чтобы помешать шпионам, но он работает и по сей день — неадекватно сурово карая за компьютерную «бытовуху». Его применение сравнивают с лечением болезни дубиной, когда достаточно всего лишь таблетки. И приснопамятного Шварца, кстати, чуть было не засудили по нему же.

Но вернёмся к Эндрю. Отбывший 12 месяцев в одиночной камере, он заметно порастерял харизму. Зато его адвокаты наконец получили возможность обжаловать приговор — и вчера состоялись первые слушания. Позиция защиты такова: то, что совершил Арнхаймер, не только не может считаться уголовным преступлением, но даже не тянет на проступок, заслуживающей внимания суда! Ведь он всего лишь обращался к публичному сайту и ничего не ломал (разве можно назвать взломом смену символов в URL? Да тогда каждого второго сетянина надо под суд отдавать!). Наконец, данные, которые он «украл», не были никак защищены, то есть их мог посмотреть всякий, вооружившись веб-браузером и здоровым любопытством!