Ali lahko lečo, stokrat tanjšo od kosa papirja, uporabimo za fotografiranje? Glede na nedavno študijo korejske raziskovalne skupine se zdi odgovor na to vprašanje pritrdilen; z uporabo goste nevronske mreže so lahko izostrili slike, narejene z metalečo. Študija je objavljena v reviji Advanced Photonics.

Metaleče so leče, narejene iz izjemno tanke plasti materiala, s katerimi je možno fokusirati svetlobo. Tipično so tanjše od enega mikrometra, sestavlja pa jih veliko število majhnih paličastih struktur, podobnih dominam, manjših od valovne dolžine vidne svetlobe, ki so razporejene v krogu. Za razliko od klasičnih optičnih leč, ki svetlobo zbirajo z lomom žarkov ob prehodu čez lečo, metaleče svetlobo manipulirajo z uklonom svetlobe oziroma difrakcijo. Uklon svetlobe nadziramo z velikostjo struktur in vzorcem postavitve struktur na površini. Ker metaleče delujejo po principu uklona svetlobe, se obnašajo drugače kot klasične leče. Prilagojene so na občutno manjši razpon valovnih dolžin, kar v praksi opazimo kot slabšo ostrino slik in večjo kromatično aberacijo – razmazanostjo barv na sliki.

Raziskovalna skupina je skušala nepopolnosti – pomanjkanje ostrine in kromatično aberacijo slik, narejenih z metalečami – popraviti z nevronskimi mrežami. V raziskavi so uporabljali metaleče, narejene z nanoodtisno litografijo – edinim načinom za industrijsko proizvodnjo metaleč. Zaradi kompleksnosti uklona svetlobe v metaleči je popravljanje ostrine in kromatične aberacije za nevronske mreže izjemno zahtevno, za razliko od popravkov istih nepravilnosti pri klasičnih lečah. Za obdelavo slik so raziskovalci izbrali gosto nevronsko mrežo, ki so jo trenirali na umetno generiranih ostrih slikah.

Po treniranju nevronske mreže so ročno popravili 70 slik, narejenih z metalečo, nato pa so iste nepopravljene slike podali nevronski mreži. Ostrino slike so karakterizirali s funkcijo točkovne razmazanosti, ki opiše, kako oster ostane točkovni izvor svetlobe ob preslikavi čez lečo. Opazili so, da je bila nevronska mreža pri popravljanju slike uspešna, saj se je točkovna razmazanost zmanjšala za približno 40 odstotkov. Skupina je poleg tega kvalitativno preverila učinkovitost popravkov nevronske mreže na slikah za test ločljivosti. Tudi na testih za ločljivost so opazili očitno izboljšavo ostrine slike in skoraj popoln popravek kromatične aberacije.

Raziskovalna skupina je s študijo pokazala, da je slike, narejene z metalečami, možno učinkovito izostriti z uporabo nevronskih mrež. Skupina meni, da bi bilo v prihodnje mogoče isto nevronsko mrežo z manjšimi prilagoditvami, uporabiti tudi za druge metaleče, narejene na isti način – z nanoodtisno litografijo. To bi omogočilo praktično uporabo metaleč na več področjih, od lidarjev do fotoaparatov v mobilnih napravah.

Meta Znanstveni britOFF je preslikal Oskar.

Viri:

https://doi.org/10.1117/1.AP.6.6.066002

https://www.researchgate.net/publication/363757347_Optics_of_the_metale…