När den första filmen i full längd gjordes med den avancerade, trefärgsprocessen av Technicolor hade premiär 1935, New York Times förklarade att "det gav i åskådaren all spänning att stå på en topp ... och skymta en konstig, vacker och oväntad ny värld. "

Technicolor förändrade för alltid hur kameror - och människor - såg och upplevde omvärlden. I dag, det finns en ny stup - den här, med utsikt över en polariserad värld.

Polarisering, i vilken riktning ljuset vibrerar, är osynlig för det mänskliga ögat (men synligt för vissa arter av räkor och insekter). Men det ger mycket information om de objekt som det interagerar med. Kameror som ser polariserat ljus används för närvarande för att upptäcka materialspänning, öka kontrasten för objektdetektering, och analysera ytkvaliteten för bucklor eller repor.

Dock, som de tidiga färgkamerorna, nuvarande generationens polarisationskänsliga kameror är skrymmande. Dessutom, de förlitar sig ofta på rörliga delar och är dyra, begränsar omfattningen av deras potentiella tillämpning kraftigt.

Nu, forskare vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) har utvecklat en mycket kompakt, bärbar kamera som kan avbilda polarisering i ett enda skott. Miniatyrkameran - ungefär lika stor som en tumme - kunde hitta en plats i autonoma fordons synsystem, ombord på flygplan eller satelliter för att studera atmosfärisk kemi, eller användas för att upptäcka kamouflerade föremål.

Forskningen publiceras i Vetenskap .

"Den här forskningen förändrar spelet för bildbehandling, "sade Federico Capasso, Robert L. Wallace professor i tillämpad fysik och Vinton Hayes Senior Research Fellow i elektroteknik vid SEAS och seniorförfattare till tidningen. "De flesta kameror kan vanligtvis bara detektera ljusets intensitet och färg men kan inte se polarisering. Denna kamera är ett nytt öga på verkligheten, tillåter oss att avslöja hur ljus reflekteras och överförs av världen omkring oss. "

"Polarisering är en egenskap hos ljus som förändras vid reflektion från en yta, "sa Paul Chevalier, en postdoktor vid SEAS och medförfattare till studien. "Baserat på den förändringen, polarisering kan hjälpa oss i 3D-rekonstruktionen av ett objekt, för att uppskatta dess djup, struktur och form, och för att skilja konstgjorda föremål från naturliga, även om de har samma form och färg. "

För att låsa upp den kraftfulla polarisationsvärlden, Capasso och hans team utnyttjade potentialen för metasytor, nanoskala strukturer som interagerar med ljus vid våglängdsstorlekar.

"Om vi ​​vill mäta ljusets fulla polariseringstillstånd, vi måste ta flera bilder längs olika polarisationsriktningar, sa Noah Rubin, första författare till tidningen och doktorand i Capasso Lab. "Tidigare enheter använde antingen rörliga delar eller skickade ljus längs flera vägar för att få flera bilder, resulterar i skrymmande optik. En nyare strategi använder speciellt mönstrade kamerapixlar, men detta tillvägagångssätt mäter inte hela polariseringstillståndet och kräver en icke-standardiserad bildsensor. I det här arbetet, vi kunde ta all nödvändig optik och integrera dem i en enda, enkel enhet med en metasyta. "

Med hjälp av en ny förståelse för hur polariserat ljus interagerar med objekt, forskarna designade en meta -yta som använder en uppsättning av sub -våglängd åtskilda nanopilar för att rikta ljus baserat på dess polarisering. Ljuset bildar sedan fyra bilder, var och en visar en annan aspekt av polarisationen. Tagen tillsammans, dessa ger en fullständig ögonblicksbild av polarisering vid varje pixel.

Enheten är cirka två centimeter lång och inte mer komplicerad än en kamera på en smartphone. Med en monterad lins och skyddshölje, enheten är ungefär lika stor som en liten matlåda. Forskarna testade kameran för att visa defekter i formsprutade plastföremål, tog det utanför för att filma polarisationen från bilens vindrutor och tog till och med selfies för att demonstrera hur en polariseringskamera kan visualisera 3D-konturerna i ett ansikte.

"Denna teknik kan integreras i befintliga bildsystem, som den i din mobiltelefon eller bil, möjliggör en utbredd användning av polarisationsavbildning och nya applikationer som tidigare var oförutsedda, sa Rubin.

"Denna forskning öppnar en spännande ny riktning för kamerateknik med en aldrig tidigare skådad kompakthet, tillåter oss att föreställa oss tillämpningar inom atmosfärisk vetenskap, fjärranalys, ansiktsigenkänning, maskinsyn och mer, sa Capasso.