Các nhà khoa học viện nghiên cứu KAIST, Hàn Quốc, đã tạo ra một máy ảnh nhỏ lấy ý tưởng từ mắt loài ruồi có thể chụp 9.120 khung hình mỗi giây (FPS), tạo ra hình ảnh rõ nét ngay cả trong điều kiện thiếu sáng.
Nhiều loài côn trùng có thể nhìn rõ trong bóng tối nhờ vào dãy mắt độc đáo của chúng. Những đôi mắt kép này bao gồm nhiều đơn vị nhỏ gọi là ommatidia, mỗi đơn vị có một thấu kính nhỏ riêng. Mỗi ommatidium thu thập ánh sáng từ một góc khác nhau, cho phép côn trùng thu thập thông tin từ nhiều hướng cùng một lúc. Chúng cũng sử dụng một quá trình gọi là "tổng hợp thời gian", nghĩa là chúng thu thập ánh sáng trong một thời gian ngắn để tạo ra hình ảnh rõ nét hơn trong điều kiện thiếu sáng. Điều này giúp chúng có thị lực nhanh và cực kỳ nhạy.
Vì mắt của các loài côn trùng như ruồi hoạt động song song, có thể nhanh chóng phát hiện và theo dõi các vật thể chuyển động — như con mồi hoặc các mối đe dọa — ngay cả khi trời tối. Bằng cách thu thập ánh sáng theo thời gian, mắt của chúng trở nên nhạy cảm hơn với môi trường thiếu sáng.
Theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances, các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) đã lấy cảm hứng từ cấu trúc thị giác của mắt côn trùng và phát triển một chiếc máy ảnh hoạt động theo cách tương tự.
Một vi mạch nhỏ với lưới các chấm đỏ nằm trên đầu ngón tay, với phần phóng đại hiển thị chi tiết mẫu lưới và thang đo đánh dấu 2 mm và 1 mm
Camera nghiên cứu phát triển được lấy cảm hứng từ mắt côn trùng này được chế tạo đủ nhỏ để vừa với ngón tay, với độ dày dưới 1 mm. Được thiết kế bởi một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Ki-Hun Jeong và Min H. Kim đứng đầu, chiếc máy ảnh lấy cảm hứng từ sinh học này cực kỳ mỏng — dày chưa đến một milimét — và nhỏ gọn, nhưng nó có thể ghi lại 9.120 FPS và vẫn tạo ra hình ảnh rõ nét trong bóng tối.
Chiếc máy ảnh này, được gọi là máy ảnh mảng microlens tốc độ cao, độ nhạy cao (HS-MAC), mô phỏng thiết kế của mắt côn trùng. Thay vì sử dụng một ống kính duy nhất để chụp một bức ảnh tại một thời điểm, nó sử dụng nhiều ống kính nhỏ để chụp các phần khác nhau của một cảnh tại các thời điểm khác nhau. Sau đó, chúng được ghép lại với nhau để tạo ra các video sắc nét, rõ ràng — ngay cả trong điều kiện ánh sáng rất yếu.
"Nhóm nghiên cứu đã áp dụng một phương pháp tương tự như thị giác của côn trùng, sử dụng nhiều kênh quang học và tổng hợp thời gian", các nhà nghiên cứu viết trong một thông cáo báo chí. "Không giống như các hệ thống máy ảnh đơn sắc thông thường, máy ảnh lấy cảm hứng từ sinh học này sử dụng cấu trúc giống như mắt kép cho phép thu thập song song các khung hình từ các khoảng thời gian khác nhau".
Theo báo cáo của Interesting Engineering, việc thu thập song song này giúp máy ảnh thu được nhiều ánh sáng hơn, cải thiện độ nhạy của máy ngay cả khi chụp các vật thể chuyển động nhanh. Thay vì chụp từng khung hình hoàn toàn riêng biệt, máy ảnh ghi lại các khung hình có sự chồng chéo thời gian nhẹ. Phương pháp này cho phép ánh sáng tích tụ theo thời gian, tăng cường tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu.
Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu mạnh hơn có nghĩa là hình ảnh sắc nét hơn và chính xác hơn, điều này đặc biệt quan trọng trong điều kiện ánh sáng yếu. Theo Interesting Engineering, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng máy ảnh của họ có thể phát hiện các vật thể mờ hơn tới 40 lần so với khả năng nhìn thấy của máy ảnh tốc độ cao thông thường.
Phương pháp "chia kênh" của họ đã cải thiện đáng kể tốc độ của máy ảnh, cho phép tốc độ khung hình nhanh hơn hàng nghìn lần so với tốc độ có thể đạt được bằng các cảm biến hình ảnh thông thường được sử dụng trong sản xuất thiết bị. Để duy trì độ rõ nét của hình ảnh, nhóm đã áp dụng thuật toán "khôi phục hình ảnh nén" giúp giảm hiệu quả hiện tượng nhòe chuyển động.
Image credit: Depositphotos & Science Advances
Theo Petapixel