Toen de eerste lange film gemaakt met gevorderden, het driekleurenprocédé van Technicolor ging in première in 1935, The New York Times verklaarde:"het veroorzaakte bij de toeschouwer alle opwinding van het staan ​​op een piek ... en een glimp opvangen van een vreemd, mooie en onverwachte nieuwe wereld."

Technicolor heeft voor altijd veranderd hoe camera's - en mensen - de wereld om hen heen zagen en ervoeren. Vandaag, er is een nieuwe afgrond - deze, met uitzicht op een gepolariseerde wereld.

Polarisatie, de richting waarin het licht trilt, is onzichtbaar voor het menselijk oog (maar zichtbaar voor sommige soorten garnalen en insecten). Maar het geeft veel informatie over de objecten waarmee het in wisselwerking staat. Camera's die gepolariseerd licht zien, worden momenteel gebruikt om materiële spanning te detecteren, contrast verbeteren voor objectdetectie, en analyseer de oppervlaktekwaliteit op deuken of krassen.

Echter, zoals de vroege kleurencamera's, polarisatiegevoelige camera's van de huidige generatie zijn omvangrijk. Bovendien, ze zijn vaak afhankelijk van bewegende delen en zijn duur, waardoor de reikwijdte van hun potentiële toepassing ernstig wordt beperkt.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hebben een zeer compacte, draagbare camera die polarisatie in één opname kan vastleggen. De miniatuurcamera - ongeveer zo groot als een duim - zou een plaats kunnen vinden in de zichtsystemen van autonome voertuigen, aan boord van vliegtuigen of satellieten om atmosferische chemie te bestuderen, of worden gebruikt om gecamoufleerde objecten te detecteren.

Het onderzoek is gepubliceerd in Wetenschap .

"Dit onderzoek is baanbrekend voor beeldvorming, " zei Federico Capasso, de Robert L. Wallace Professor of Applied Physics en Vinton Hayes Senior Research Fellow in Electrical Engineering bij SEAS en senior auteur van het artikel. "De meeste camera's kunnen doorgaans alleen de intensiteit en kleur van licht detecteren, maar kunnen geen polarisatie zien. Deze camera is een nieuwe kijk op de werkelijkheid, waardoor we kunnen onthullen hoe licht wordt gereflecteerd en doorgelaten door de wereld om ons heen."

"Polarisatie is een kenmerk van licht dat verandert bij reflectie van een oppervlak, " zei Paul Chevalier, een postdoctoraal onderzoeker bij SEAS en co-auteur van de studie. "Op basis van die wijziging polarisatie kan ons helpen bij de 3D-reconstructie van een object, om de diepte ervan in te schatten, textuur en vorm, en om door de mens gemaakte objecten te onderscheiden van natuurlijke, zelfs als ze dezelfde vorm en kleur hebben."

Om die krachtige wereld van polarisatie te ontsluiten, Capasso en zijn team maakten gebruik van het potentieel van meta-oppervlakken, structuren op nanoschaal die interageren met licht op golflengteschaal.

"Als we de volledige polarisatietoestand van het licht willen meten, we moeten verschillende foto's maken langs verschillende polarisatierichtingen, " zei Noach Rubin, eerste auteur van de paper en afgestudeerde student in het Capasso Lab. "Eerdere apparaten gebruikten ofwel bewegende delen of stuurden licht langs meerdere paden om de meerdere afbeeldingen te verkrijgen, wat resulteert in omvangrijke optica. Een nieuwere strategie maakt gebruik van camerapixels met een speciaal patroon, maar deze benadering meet niet de volledige polarisatietoestand en vereist een niet-standaard beeldsensor. In dit werk, we waren in staat om alle benodigde optica te nemen en te integreren in een enkele, eenvoudig apparaat met een meta-oppervlak."

Met behulp van een nieuw begrip hoe gepolariseerd licht interageert met objecten, de onderzoekers ontwierpen een meta-oppervlak dat een reeks nanopijlers op subgolflengte afstand gebruikt om licht te richten op basis van de polarisatie ervan. Het licht vormt dan vier beelden, elk toont een ander aspect van de polarisatie. Bij elkaar genomen, deze geven een volledige momentopname van polarisatie bij elke pixel.

Het toestel is zo'n twee centimeter lang en niet ingewikkelder dan een camera op een smartphone. Met bijgevoegde lens en beschermhoes, het apparaat is ongeveer zo groot als een kleine lunchbox. De onderzoekers testten de camera om defecten aan te tonen in spuitgegoten plastic voorwerpen, nam hem mee naar buiten om de polarisatie van autoruiten te filmen en nam zelfs selfies om te demonstreren hoe een polarisatiecamera de 3D-contouren van een gezicht kan visualiseren.

"Deze technologie zou kunnen worden geïntegreerd in bestaande beeldvormingssystemen, zoals die in uw mobiele telefoon of auto, waardoor de wijdverbreide acceptatie van polarisatiebeeldvorming en nieuwe toepassingen die voorheen onvoorzien waren, mogelijk wordt gemaakt, ' zei Rubine.

"Dit onderzoek opent een opwindende nieuwe richting voor cameratechnologie met ongekende compactheid, waardoor we toepassingen in de atmosferische wetenschap kunnen bedenken, teledetectie, gezichtsherkenning, machinevisie en meer, ' zei Capasso.