УЧЕНЫЕ ЗАЯВЛЯЮТ О СКОРОМ ПОЯВЛЕНИИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ПРИБОРОВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ — ОТ ФОТОАППАРАТА ДО РЕНТГЕНОВСКОГО СКАНЕРА. В ИХ ОСНОВУ ЛЯЖЕТ НОВОЕ УСТРОЙСТВО ИЗ МЕТАМАТЕРИАЛОВ, КОТОРОЕ ПОЗВОЛИТ КАЧЕСТВЕННО И БЫСТРО ПОЛУЧАТЬ И ОБРАБАТЫВАТЬ ИЗОБРАЖЕНИЕ С МИНИМАЛЬНЫМИ ПОТЕРЯМИ В АЛГОРИТМЕ, ПРЕВОСХОДЯЩЕМ СОВРЕМЕННЫЕ ФОРМАТЫ. Свежую научную новость принесли миру метаматериалы — композиционные материалы, свойства которых определяются не химическим составом, а микроструктурой. В частности, именно они позволяют создавать среды с «невозможным» отрицательным коэффициентом преломления, ломающие привычные представления о мире (например, милиционеру, измеряющему радаром скорость движения приближающейся машины в воздухе с отрицательным показателем преломления, показалось бы, что она едет по встречной полосе, то есть отдаляется). Именно с метаматериалами связаны все новости о создании «шапок-невидимок» в некоторых диапазонах длин волн (видимый свет входит в него пока лишь отчасти). Изучая разнообразные свойства метаматериалов, ученые из Университета Дьюка (США) разработали новый способ получать высокоточные снимки. Системы отображения или визуализации цифровых изображений характеризуются размерностью пространства (очевидно, что фотографии двумерные, плоские, а 3D-кино — трехмерное) и их детальностью (количество пикселей на единицу площади изображения). Обычно системы визуализации строятся на том, что мерность пространства хранит в себе информацию о его детальности, не учитывая специфику некоторых объектов съемки, например информация о том, что солнце слишком яркое, чтобы его снимать на обычную «мыльницу», изначально в систему визуализации не вложена. Соответственно, в основных форматах сжатия файлов, самым распространенным из которых является JPEG (сокращение от Joint Photographic Experts Group — название компании-разработчика), процесс сжатия изображения происходит только после процесса его визуализации. В этом как раз и состоит главное отличие JPEG от вновь созданной системы, в которой процессы сжатия и визуализации изображения происходят одновременно. Такой подход является более эффективным, поскольку потери данных при обработке минимизируются, что сохраняет четкую детализацию и высокое разрешение. В публикации в Science авторы представляют разработанный из метаматериалов сенсор, работающий, правда, пока только в микроволновом диапазоне. Основой устройства является оптическая система, способная фиксировать изображение без регулировки расстояния между фокусирующими линзами. Конструкция системы позволяет снимать до 10 кадров в секунду при рабочей частоте излучения в К-диапазоне (от 18 до 26 ГГц). Устройство обработки изображения состоит из пропускающего волновода, образованного компоновкой полосковой линии (так в технике сверхвысоких частот называется линия, канализирующая электромагнитные волны в воздушной или иной диэлектрической среде вдоль двух пли нескольких проводников, имеющих форму тонких полосок и пластин, то есть линия передачи СВЧ энергии) с резонансным контуром, который, в свою очередь, контролирует амплитуду и фазу возбуждаемой волны. Такое устройство может быть разработано для любой диафрагмы в зависимости от нужных волновых характеристик. В современных форматах растровой графики (в частности, JPEG и широко используемом в полиграфии TIFF) каждое изображение закодировано набором точек, что приводит к возникновению ошибок, обусловленных малым количеством времени на их обработку. В разработанном сенсоре из метаматериалов ученые заместили точечное получение картинки работой с волновым фронтом, обеспечив тем самым большую четкость снимков. Такое изображение занимает меньший объем памяти, чем сравнимое по размерам и разрешению изображение в векторной графике (которая основана на использовании не отдельных точек, как растровая, а элементарных геометрических объектов, таких как точки, линии, сплайны и многоугольники). То есть речь идет о принципиально новом методе получении и обработки изображений. Правда для этого подобный сенсор нужно построить и для других диапазонов электромагнитного излучения, в первую очередь оптического, но авторы обещают, что это станет возможным в самое ближайшее время. Эксперты же отмечают, что результаты работы соответствуют современной тенденции рационализации обработки изображений и найдут применение в следующем поколении устройств, работающих с изображениями, — от увеличения разрешения фотокамеры в смартфоне до повышения качества трехмерной магнитно-резонансной томографии в медицине и усовершенствования рентгеновских сканеров.