اللغة العربية
هل يمكن لوحدات الكاميرا العمل بدون عدسة؟ التحول الثوري في التصوير الحسابي
تم إنشاؤها 2025.11.21
على مدى عقود، اعتدنا على أن الكاميرات تحتاج إلى عدسات - تمامًا كما نفترض أن السيارات تحتاج إلى محركات أو الهواتف تحتاج إلى شاشات. لقد كانت العدسات لفترة طويلة "عين"وحدات الكاميرا, انحناء الضوء لتركيز صور حادة على المستشعرات. ولكن ماذا لو لم يعد هذا الافتراض الأساسي صحيحًا؟ اليوم، تُظهر التقدمات في التصوير الحسابي، وخوارزميات الذكاء الاصطناعي، والميكروفابريكيشن أن وحدات الكاميرا يمكن أن تعمل بدون عدسات - مما يفتح الأبواب أمام أجهزة أصغر وأرخص وأكثر تنوعًا تعيد تعريف ما يمكن أن تفعله تقنية التصوير.
ثورة بدون عدسات: كيف تعمل كل هذه الأمور
تقوم وحدات الكاميرا بدون عدسة بإزالة العدسة فحسب - بل تعيد التفكير في عملية التصوير بأكملها. تعتمد الكاميرات التقليدية على العدسات البصرية لثني الضوء وتشكيل صورة مباشرة على المستشعر. تستبدل الأنظمة بدون عدسة هذا التركيز الفيزيائي بـ "التركيز الحسابي": حيث تلتقط بيانات الضوء الخام من خلال هياكل بصرية بديلة وتستخدم الخوارزميات لإعادة بناء صور واضحة وقابلة للاستخدام. إليك ثلاث تقنيات رائدة تجعل هذا ممكنًا:
1. تصوير القناع القابل للبرمجة: ترميز الضوء الديناميكي
تغير جذري في تكنولوجيا بدون عدسات يأتي من باحثين في جامعة نانجينغ للعلوم والتكنولوجيا، الذين طوروا نظام التصوير بدون عدسات مع فتحة منطقة فريسنل القابلة للبرمجة (LIP). بدلاً من العدسة، يستخدم LIP قناعًا قابلاً للبرمجة يعرض فتحات منطقة فريسنل الديناميكية (FZA) - أنماط تعدل الضوء لالتقاط المعلومات المكانية والترددية.
يعمل النظام في خطوتين رئيسيتين: أولاً، يقوم القناع القابل للبرمجة بتحريك FZA لجمع نقاط بيانات حقل الضوء الفرعي المتعددة. ثم، يقوم خوارزمية الدمج المتوازية بدمج هذه النقاط في مجال التردد لإعادة بناء الصور عالية الدقة. النتيجة؟ زيادة في الدقة بمقدار 2.5x وتحسين في نسبة الإشارة إلى الضوضاء بمقدار 3 ديسيبل مقارنةً بأنظمة العدسات الثابتة التقليدية بدون قناع. في الوضع الديناميكي، يحقق 15 إطارًا في الثانية—سريع بما يكفي للتعرف على الإيماءات في الوقت الحقيقي والتفاعل بين الإنسان والكمبيوتر—بينما يقلل من حجم وحدة الكاميرا بنسبة 90%.
2. تصوير انعكاس الضوء: الزجاج كـ "العدسة غير المرئية"
اتخذ راجيش مينون من جامعة يوتا نهجًا مختلفًا: استخدام الضوء المنعكس داخل قطعة من الزجاج لاستبدال العدسات التقليدية. تمر معظم الأشعة الضوئية عبر الزجاج، ولكن جزءًا صغيرًا ينعكس عن أسطحه الداخلية. قام فريق مينون بتوصيل مستشعر CMOS بحافة لوحة من الزجاج الأكريليكي وقام بتغطية بقية اللوحة بشريط عاكس لاحتجاز هذا الضوء المرتد.
عندما تصطدم الضوء بالزجاج، يقوم المستشعر بالكشف عن الإشارات المنعكسة، وتقوم خوارزميات التعلم الآلي بترجمة تلك البيانات إلى صور. عبقرية هذا التصميم تكمن في بساطته: الزجاج نفسه يعمل كعنصر بصري، مما يلغي الحاجة إلى أي عدسات منحنية. بينما تكون الصور الخام ضبابية للعيون البشرية، إلا أنها تحتوي على بيانات كافية لأجهزة الكمبيوتر لاستخراج المعلومات الحيوية—مناسب تمامًا للتطبيقات التي تكون فيها الآلات، وليس البشر، هم "المشاهدين".
3. مصفوفات العدسات الدقيقة: مجمعات ضوء مصغرة
بالنسبة لتصوير ثلاثي الأبعاد، قام الباحثون في جامعة كاليفورنيا، دافيس، بتطوير وحدة بدون عدسة باستخدام مجموعة رقيقة من العدسات المجهرية. على عكس العدسة الضخمة الواحدة، تستخدم هذه المجموعة 37 عدسة بوليمرية صغيرة (بقطر 12 مم فقط) لالتقاط الضوء من زوايا متعددة. تعمل كل عدسة مجهرية كنقطة رؤية فردية، تجمع معلومات العمق التي تعيد خوارزميات الذكاء الاصطناعي بناؤها إلى صور ثلاثية الأبعاد في الوقت الحقيقي.
تقوم هذه التقنية بحل قيد رئيسي في الكاميرات ثلاثية الأبعاد التقليدية: إنها تعمل مع تعرض واحد وتتجنب المعايرة المعقدة. إن المصفوفة الخفيفة والمرنة مثالية للروبوتات، والفحص الصناعي، وأنظمة الواقع الافتراضي/الواقع المعزز—حيث تكون الحجم والسرعة أكثر أهمية من الصور ذات الجودة العالية.
التطبيقات في العالم الحقيقي: حيث تتألق الكاميرات بدون عدسات
تعتبر وحدات الكاميرا بدون عدسة ليست مجرد تجارب مختبرية - بل إنها تجد بالفعل استخدامات عملية عبر الصناعات، مدفوعة بأكبر مزاياها: الحجم الصغير، التكلفة المنخفضة، والمتانة. إليك القطاعات التي يتم تحويلها:
تقنية الواقع الافتراضي/الواقع المعزز والتكنولوجيا القابلة للارتداء
أكبر عقبة في أجهزة الواقع الافتراضي/الواقع المعزز هي المساحة - إضافة كاميرا تقليدية لتتبع العين أو التحكم بالإيماءات تجعل سماعات الرأس أكبر حجماً. تحل الوحدات بدون عدسات هذه المشكلة: نظام مينو القائم على الزجاج يتناسب بسلاسة مع عدسات الواقع الافتراضي/الواقع المعزز لتتبع حركات العين، بينما يجعل تقليص حجم وحدة LIP من جامعة نانجينغ بنسبة 90% منها مثالية للأجهزة القابلة للارتداء الخفيفة. تضيف هذه الوحدات قدرات تصويرية دون التضحية بالراحة أو التصميم.
تصوير طبي
تستخدم المناظير التقليدية عدسات طويلة وصلبة قد تكون غير مريحة للمرضى. تتيح الوحدات بدون عدسات المناظير فائقة النحافة والمرونة التي تتنقل في المساحات الضيقة داخل الجسم. كما أن حجمها الصغير يقلل من خطر تلف الأنسجة، بينما تحافظ إعادة البناء الحسابية على وضوح الصورة الذي يحتاجه الأطباء للتشخيصات الدقيقة.
الأمن والمراقبة
تقدم الكاميرات بدون عدسات ميزة التخفي: يمكن دمجها في النوافذ أو الجدران أو الأشياء اليومية دون أن يتم اكتشافها. أطلقت علامات تجارية مثل Hikvision كاميرات أمنية "غير مرئية" تستخدم تقنية بدون عدسات، والتي تندمج في البيئات أثناء التقاط الحركة والنشاط. تجعل متانتها - دون عناصر عدسة هشة - منها أيضًا مثالية للظروف الخارجية القاسية.
السيارات والروبوتات
تحتاج السيارات ذاتية القيادة والروبوتات إلى أنظمة تصوير مدمجة وموثوقة للتنقل. تناسب الوحدات بدون عدسات المساحات الضيقة في لوحات القيادة الخاصة بالمركبات أو أذرع الروبوتات، بينما تساعد عمق المجال اللانهائي (وهو تأثير جانبي لعدم وجود تركيز مادي) في اكتشاف الأجسام على مسافات مختلفة. تعتبر وحدات مصفوفة العدسات المجهرية القابلة للتصوير ثلاثي الأبعاد مفيدة بشكل خاص في معالجة الروبوتات، مما يسمح للآلات بـ "رؤية" شكل الأجسام التي تتعامل معها.
نمو السوق: الأرقام وراء الثورة
سوق الكاميرات بدون عدسات يشهد انفجارًا مع زيادة انتشار هذه التطبيقات. في عام 2020، كان حجم السوق العالمي 25 مليار، ومن المتوقع أن يصل إلى 60 مليار بحلول عام 2025 - بمعدل نمو سنوي مركب يزيد عن 18%. في الصين وحدها، من المتوقع أن يصل السوق إلى 21 مليار دولار (150 مليار يوان) بحلول عام 2025، مدفوعًا بالطلب من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية والأجهزة الطبية.
تستثمر الشركات الرئيسية مثل هيتاشي، وتيلدين براينستون إنسترومنتس، وهواوي بشكل كبير في هذه التكنولوجيا. حتى عمالقة الكاميرات التقليديين مثل كانون وسوني يستكشفون التصاميم بدون عدسات للبقاء في المنافسة في أسواق الأجهزة القابلة للارتداء وإنترنت الأشياء. القوة الدافعة؟ التكلفة: إزالة العدسات تلغي واحدة من أغلى المكونات في وحدات الكاميرا، مما يجعل التصوير متاحًا لمزيد من الأجهزة.
التحديات والطريق إلى الأمام
وحدات الكاميرا بدون عدسات ليست مثالية - بعد. تواجه ثلاث تحديات رئيسية يسعى الباحثون لحلها:
أولاً، أداء الضوء الضعيف. بدون عدسة لتركيز الضوء، تواجه الأنظمة بدون عدسات صعوبة في ظروف الإضاءة المنخفضة، مما يؤدي إلى صور مشوشة. التحسينات الأخيرة في تقنيات إزالة الضوضاء باستخدام الذكاء الاصطناعي، مثل طريقة EPFL التي تأخذ في الاعتبار الإضاءة الخارجية، تعمل على تحسين الأداء، ولكن لا يزال هناك حاجة إلى المزيد من العمل لبيئات الإضاءة المنخفضة مثل مراقبة الليل.
ثانياً، قيود الدقة العالية. بينما تحقق تقنية LIP مكاسب مذهلة في الدقة، لا تزال الوحدات بدون عدسات لا تستطيع مطابقة تفاصيل عدسات DSLR عالية الجودة. بالنسبة لتصوير المستهلك، فهذا يعني أنه من غير المحتمل أن تحل محل الكاميرات التقليدية في أي وقت قريب - ولكن بالنسبة للرؤية الآلية والتصوير الأساسي، فإن الدقة كافية بالفعل.
ثالثًا، تعقيد الخوارزمية. تعتمد التصوير بدون عدسات على معالجات قوية لتشغيل خوارزميات إعادة البناء. بالنسبة للأجهزة ذات الطاقة المنخفضة مثل مستشعرات إنترنت الأشياء، يمكن أن يؤدي ذلك إلى استنزاف البطاريات. تعمل الشبكات العصبية المحسّنة والأجهزة الأكثر كفاءة على معالجة هذه المشكلة، ولكن تظل كفاءة الطاقة أولوية.
يبدو أن المستقبل مشرق. مع تزايد قوة خوارزميات الذكاء الاصطناعي وانخفاض تكلفة التصنيع الدقيق، ستستمر الوحدات بدون عدسات في التحسن. يقوم الباحثون بالفعل باستكشاف التصوير متعدد الأنماط - من خلال دمج الأنظمة بدون عدسات مع الاستشعار بالاستقطاب أو الطيفي للتشخيص الطبي وتحليل المواد. نحن نشهد أيضًا تكاملًا مع 5G، مما يتيح إعادة بناء الصور في الوقت الحقيقي على خوادم السحابة بدلاً من الأجهزة المحلية.
الخاتمة: نهاية عصر العدسات؟
لذا، هل يمكن لوحدات الكاميرا العمل بدون عدسة؟ الجواب هو نعم مدوية - وهي بالفعل تتفوق على الأنظمة التقليدية المعتمدة على العدسات في مجالات رئيسية. تقنية بدون عدسة ليست مجرد شيء جديد؛ إنها تحول جذري ي prioritizes الوظيفة، الحجم، والتكلفة على دقة الصورة المثالية.
بالنسبة للمستهلكين، يعني هذا أجهزة أصغر وأكثر affordability مزودة بتقنية التصوير المدمجة - من الساعات الذكية التي تتعقب الصحة باستخدام مستشعرات بدون عدسة صغيرة إلى نظارات الواقع الافتراضي التي تبدو أخف من أي وقت مضى. بالنسبة للصناعات، يعني ذلك حلول تصوير تناسب الأماكن التي لا تستطيع الكاميرات التقليدية الوصول إليها، من داخل جسم الإنسان إلى المساحات الضيقة في السيارات ذاتية القيادة.
لن تختفي العدسة تمامًا - ستظل التصوير الفوتوغرافي عالي الجودة وتصوير الفيديو الاحترافي يعتمد على العدسات الدقيقة لسنوات قادمة. ولكن بالنسبة لمليارات أجهزة التصوير التي لا تحتاج إلى صور بجودة المتحف، فإن الوحدات بدون عدسات تتولى الأمر. مع استمرار تقدم التصوير الحسابي، سنتوقف قريبًا عن طرح سؤال "هل يمكن أن تعمل الكاميرات بدون عدسات؟" وسنبدأ بالتساؤل عن سبب حاجتنا إلى العدسات في المقام الأول.
اتصل
اترك معلوماتك وسنتصل بك.
WhatsApp
WeChat