ابزارهای عکاسی آینده

ندا لهردی: امروزه ممکن است دوربین‌هایی به اندازه یک قرص که در گوشی‌های موبایل تعبیه می‌شوند، بسیار کوچک و ظریف به نظر برسند. این در حالی است که در حدود یک دهه گذشته کوچک‌ترین دوربین‌هایی که در بازار عرضه می‌شدند، ابعادی به اندازه کارت‌های اعتباری داشتند. با این حال اما «علی حاجی‌میری» از موسسه تکنولوژی کالیفرنیا چندان هم تحت تاثیر این جریان قرار نگرفته است. به عقیده او حتی این دوربین‌های تعبیه شده در گوشی‌های موبایل هنوز هم ضخیم و بزرگ هستند و به برجستگی لنز این دوربین‌ها در پشت بدنه اغلب گوشی‌های موبایل اشاره می‌کند.

با این اوصاف است که او و تیمش برنامه‌ای جدی برای جایگزینی این دوربین‌ها با ابزارهای بسیار کوچک دارند که بتوانند تمام وجوه تکنولوژی عکاسی فعلی را متحول کنند. دوربین‌های ابداعی تیم دکتر حاجی‌میری نه تنها هیچ بخش جداشونده‌ای ندارند، بلکه هیچ لنز و آینه‌ای هم ندارند. به عبارت دیگر این دوربین‌ها هیچ کدام از اجزای اپتیکی معمول را ندارند؛ درست برخلاف عمق کانونی مورد نیاز دوربین‌های امروزی تا به این ترتیب دستگاه‌های جدید صاف و تخت باشند. در نتیجه او امیدوار است این جریان آینده عکاسی را متحول کند. این ایده‌ها بسیار شجاعانه است، اما حاجی‌میری به‌عنوان یک مخترع تلاش می‌کند به تدریج آینده این صنعت را بهبود بدهد. در سال ۲۰۰۲ او به تاسیس یک شرکت کمک کرد تا آمپلی‌فایرهای قدرتی برای گوشی‌های موبایل تولید کند؛ شرکتی که حالا مغلوب رقیب بزرگ‌تری شده است. این شرکت اما بیش از ۲۵۰ میلیون از این نوع آمپلی‌فایرها تولید کرد.

در سال ۲۰۰۴ اولین رادار روی یک تراشه را در جهان ارائه کرد که حالا در نمونه‌های اولیه خودروهای خودران به‌کار برده می‌شود. در نهایت او در سال ۲۰۱۲ یک سیستم تصویری کاملا سیلیکونی را ساخت که از طیف الکترومغناطیسی کاملی بهره می‌برد. این سیستم که فرکانسی نسبتا بالاتر از رادار دارد، امکان تماشای داخل اشیای غیرشفاف را به کمک نور فراهم می‌آورد. این سیستم کاربردهای مختلفی از تجهیزات تشخیص پزشکی تا اسکنرهای امنیتی دارد. آخرین اقدام ابداعی حاجی‌میری متمرکز شدن روی فرکانس‌های بالاتر از امواج تراهرتزی است که نور مرئی دارند. این دوربین‌های جدید مبتنی بر این تکنولوژی به‌عنوان گیرنده صفوف منظم نوری یا OPA شناخته می‌شوند و نور را با استفاده از دستگاه‌هایی که اتصالات گریتینگ نامیده می‌شوند، جمع‌آوری می‌کنند. نمونه اولیه این دوربین ۶۴ قطعه از اتصالات گریتینگ را در اختیار دارد. اتصالات گریتینگ در واقع همان آنتن‌های نوری هستند که نور را جمع‌آوری کرده و آن را به دستگاه موج‌بر ارسال می‌کنند. موج‌بر نور را به شیوه‌ای آنالوگ به یک سیم که جریان برق را هم حمل می‌کند، می‌فرستد.

فلاش، انفجار، نور و چه عکسی!

هر اتصال گریتینگ بسیار کوچک و حدود ۵ در ۲ میکرون است. بنابراین هر کدام از این اتصالات می‌تواند تنها میزان بسیار کمی از نور را بردارد و منتقل کند. این سیگنال باید تقویت شود و این کار با «هتروداینینگ» انجام می‌شود؛ فرآیندی که در آن نور داخل هر اتصال با یک دقیقه پرتو لیزر ترکیب شده و سیگنال تا میزان طول موج دلخواه تقویت می‌شود. برای الگوبرداری از نقش عکسبرداری اپتیک‌ها در دوربین‌های معمولی، دوربین OPA نورهای دریافتی را با استفاده از الکترون‌ها دستکاری و تقویت می‌کند. حاجی‌میری این تکنیک را با تماشای دقیق یک کاه یا حصیر مقایسه می‌کند که به سرعت در حال دور شدن از چشمان ما است که باعث می‌شود بتوانیم میزان نوری را که هر کدام از اجزای به‌کار رفته در آن حصیر از خود عبور می‌دهند ببینیم. در دوربین OPA این اثر اسکن شدن با دستکاری شدن نور جمع‌آوری شده از طریق اتصالات گریتینگ به‌صورت الکتریکی که دستگاه‌هایی به نام «فوتودوئید» انجام می‌دهند، ایجاد می‌شود.

دستگاه‌های فوتودوئید چگالی‌های متفاوتی از الکترون‌ها را در مسیر نور تقویت‌شده قرار می‌دهند تا بر اساس تنظیمات مختلف با سرعت بیشتر یا کمتر از نور عبور کنند. به این ترتیب می‌توان نورهای دریافت شده از مسیرهای مختلف را هم به خوبی مدیریت کرد. در حقیقت با تغییر الگوی حرکت الکترون‌ها می‌توان میزان نور تقویت‌شده مورد نیاز را تنظیم کرد. جالب است بدانید که اسکن کردن تمام این جریانات برای اعمال تنظیمات مورد نیاز تنها حدود یک میلیاردم ثانیه زمان لازم دارد! در نهایت فوتودوئیدها بدون هیچ حرکت مکانیکی تشخیص می‌دهند که دوربین از کجا می‌خواهد عکاسی کند و اجازه می‌دهند دوربین عکس‌های متفاوتی مانند کلوزآپ، فیش‌آی و... را ثبت کند. برای بزرگنمایی بیشتر یا کمتر هنگام عکاسی هم این دوربین از نورهای دریافتی از زوایای مختلف کمک می‌گیرد تا بتواند میزان نورهای مورد نیاز را تنظیم کند. سیگنال نوری سپس به کمک موج‌بر به سمت فوتودوئیدها راهنمایی می‌شود تا به سیگنال الکترونیکی تبدیل شده و ثبت عکس نهایی را ممکن سازد. نکته‌ای که در این مورد بسیار اهمیت دارد آن است که همه این کارها با یک قطعه الکترونیکی با ضخامت پنج میکرون که حدود یک‌پانزدهم قطر موی سر انسان است، انجام می‌شود!

اندازه دقیق هر نسخه تولیدی از این دوربین به کاربرد آن بستگی خواهد داشت. نمونه اولیه این دوربین می‌تواند تصاویر بارکدها را مدیریت و ثبت کند، اما نه تصاویر دیگر را. برای رسیدن به وضوح تصویر دوربین‌های تعبیه شده در گوشی‌های مدرن آی‌فون شرکت اپل، حاجی‌میری روی هر صف حدود یک متری اتصالات گریتینگ که مورد نیاز خواهد بود، حساب کرده است. این اتصالات کمک می‌کنند تا تصاویری با کیفیت دوربین آی‌فون ثبت شود، در حالی که دوربین آی‌فون تا هزار برابر ضخیم‌تر و بزرگ‌تر از دوربین OPA است. جالب اینکه حاجی‌میری فکر می‌کند نسخه‌های کوچک‌تری از این دوربین هم می‌تواند طراحی و تولید شود. او تاکید می‌کند که چالش‌های مختلفی از قبیل بهبود عملکرد نوری اجزا، عبور از افکت‌های اضافی در سیگنال‌های تولیدی دستگاه و تطبیق الگوریتم‌های عملکرد سنجشی دوربین همچنان پیش روی آنهاست. با این حال اما او معتقد است می‌توان این چالش‌ها را پشت سر گذاشت و او می‌تواند تجسم کند که لنزهای این دوربین‌ها تا پنج سال آینده به‌صورت تجاری در دسترس عموم قرار بگیرند.

چنین دوربین‌های کوچکی می‌توانند کاربردهایی متنوع و مهم‌تر از دوربین‌های گوشی‌های موبایل داشته باشند. این دوربین‌ها می‌توانند در کاربردهای جدیدی مانند عکاسی از داخل رگ‌های خونی مورد استفاده قرار بگیرند. در عین حال این دوربین‌ها می‌توانند با ترکیب نورهای دریافتی در تلسکوپ‌هایی با دیافراگم‌های بزرگ، امکان تماشای تصاویری از عمیق‌ترین بخش‌های کهکشان و جهان را فراهم بیاورند. ابعاد کوچک این دوربین‌ها حتی می‌تواند امکان نصب آنها روی نقاط مختلف دیوارها به‌صورت نامرئی برای کاربردهای نظارتی و امنیتی را هم ایجاد کند. دوربین‌های جدید در حال توسعه دکتر حاجی‌میری و تیم کاری او می‌توانند صنعت عکاسی و تصویربرداری را در آینده به‌طور کلی متحول کرده و کارکردهای جدیدی از این صنعت را رواج دهند.

منبع: اکونومیست