93. מצלמה ללא עדשה?

לפני מספר שבועות נתקלתי בידיעה על פיתוח מענין של חב׳ Hitachi היפנית: מצלמה ללא עדשה. שיתפתי את הידיעה בדף ה-FaceBook שלי ולמרות שלטכנולוגיה זו, כאשר תבשיל לכדי מוצר מוכן לשיווק, יהיו השלכות אדירות על תחום הצילום מספר המגיבים לידיעה היה זעום. לטובת כל מי שאולי פיספס את הפוסט ההוא בפייס החלטתי לכתוב כאן פוסט מורחב על מנת לנסות ולהסביר את עקרונות הטכנולוגיה וכן לדון בהשלכות שלה על תחום הצילום כפי שאנו מכירים אותו כיום.

פוסט זה מסתמך על מאמר שהופיע במקור באתר היפני Nikkei Asian Review בתאריך 26.12.16.

אז מי בעצם זקוק לעדשות זכוכית כאשר מעגלים קונצנטריים המודפסים על שקף ונוסחה מתמטית מספקים את אותה התוצאה? כאשר טכנולוגיה זו תבשיל לכדי מוצר מוגמר התשובה, קרוב לוודאי תהיה ״אף אחד״.

חוקרים במעבדות  Hitachi ביפן  מפתחים מצלמות שיוכלו לצלם סטילס וגם וידאו ללא עדשות מזכוכית. את מקומה של מערכת איסוף האור הקלאסית העשוייה זכוכית אופטית ומבוססת על שבירה של אור תתפוס מערכת איסוף המוצמדת לחיישן התמונה וכל עוביה הוא מיקרון (אלפית המ״מ) אחד. מערכת זו מורכבת משקף דק ועליו הדפס של טבעות קונצנטריות, אוסף של מעגלים המקיפים זה את זה והולכים וגדלים מן המרכז כלפי חוץ, כאשר המרחק בינהן הולך וקטן לכיוון הקצוות.
ראוי לציין כי גם בארה״ב (אוניברסיטת Rice ויצרנית המוליכים למחצה Rambus) מפותחות טכנולוגיות דומות.
מצלמות כאלו יהיו פשוטות וזולות ליצור וכמובן קלות הרבה יותר מאשר המצלמות בהן אנו משתמשים כיום.

סכמה המתארת את תהליך יצירת הדימוי במצלמה ללא עדשה של Hitachi

כיום, הטכנולוגיה של Hitachi בולטת בזכות מהירות העיבוד של הדימויים שהיא מפיקה. באופן עקרוני, המצלמה חסרת העדשה של Hitachi פשוטה מאד: השקף המודפס שלפני חיישן התמונה משנה את מהלכן של קרני האור המגיעות לחיישן מן הנושא המצולם, מחשב המובנה במצלמה מחשב את מידת השינוי ויוצר מחדש את הדימוי. הטבעות הקונצנטריות המודפסות על השקף יוצרות צורות Moire: ניתן לפענח את מהלך קרני האור באמצעות התמרות Fourier, סוג של עיבוד דיגיטלי המקובל ונפוץ בתחומים רבים. כיום, המערכת של Hitachi מהירה פי 300 ממערכות דומות.

נראה כי באמצעות הנחת הטבעות הקונצנטריות לפני החיישן במרחק קבוע נתון הדימוי המתקבל מכיל מידע לגבי המרחק בין החיישן לנושא. ממידע זה ניתן לחשב את מישור המוקד לאחר הצילום ובכך לקבוע את נקודת המיקוד הרצויה. נשאלת השאלה מה איכות הדימוי המתקבל בעיקר בכל הנוגע לרזולוציה ולטווח הדינמי.

אב טיפוס של המצלמה ללא עדשה של Hitachi

כאמור לעיל, אחד המאפיינים המרכזיים של טכנולוגיה זו היא היכולת לקבוע את המיקוד ועומק השדה לאחר הצילום, יכולת שהודגמה כבר בטכנולוגיות מבוססות Lightfield  אחרות כמו לדוגמא זו של Lytro אולם הפעם ללא שימוש בעדשות מזכוכית.

לאלו שימושים עשויה טכנולוגיה זו להתאים? בתחילה, סביר להניח שהיא תיושם בתחום ה-Machine Vision, ציוד תעשייתי הנעזר בצילום ובעיבוד תמונה לצרכי ייצור שונים, ברובוטים לצרכים שונים ובהתקנים ניידים ונייחים למינהם. מצלמות מסוג זה יתאימו מאד לשילוב באינטרנט של הדברים: ציוד ביתי מכל הסוגים המחובר לאינטרנט.
בהמשך, יופיעו מצלמות ללא עדשה בשוק הצילום החובבני והמקצועי וגם מצלמות הסמארטפונים יוכלו להיות בעלות יכולות משופרות לעומת המוכר כיום. יהיה מענין לראות כיצד תפעל המקבילה ללא זכוכית של עדשת Zoom וכיצד תשולב הטכנולוגיה של Hitachi בתחום הצילום החישובי המורחב. באופן תיאורטי לפחות, האפשרויות נראות כמעט בלתי מוגבלות. ומה תהיינה ההשלכות על כל יצרני עדשות הזכוכית? ימים יגידו.

אז אל תרוצו עדיין לחנות הצילום הקרובה, טכנולוגיית המצלמה חסרת העדשה עדיין איננה מוכנה לצאת לשוק: מספר בעיות צריכות להיפתר לפני כן, ובעיקר המראה הדהוי של הדימויים המופקים ממנה. Hitachi מתכננת להדגים דגם מעשי בעוד כשנתיים, עם רזולוצייה שתתאים לצורך שילוב עם טכנולוגיות זיהוי פנים מתקדמות.

טכנולוגיית המצלמה ללא עדשה של Hitachi הוצגה בחודש נובמבר 2016 במסגרת הסדנה הבינלאומית לחיישני תמונה ולמערכות הדמיה (IWISS16) שהתקיימה במכון הטכנולוגי של טוקיו.

שרשור תגובות מענין, אם כי גיקי ביותר בנושא זה ניתן לקרוא כאן

טכנולוגיה אחרת, המבוססת על עדשות שטוחות ודקות פותחה ב- CalTech, את המאמר המלא שפורסם בענין זה ניתן לקרוא כאן

ומסתבר שגם באוניברסיטת Harvard עובדים מזה זמן על עדשה שטוחה.

יהיה מענין לראות איזו טכנולוגיה תגבר!

עדכון 4.1.18: פריצת דרך לצוות של Harvard!