Wetenschappers bouwen oogvormige camera met gekromde beeldsensor

Onderzoekers van de universiteit van Illinois en de Northwestern University hebben een camera ontwikkeld in de vorm van een oog, waarbij de beeldsensor een kromming vertoont.

Met de huidige productiemethoden zijn alleen vlakke beeldsensoren te fabriceren, maar Yonggang Huang en John Rogers, onderzoekers bij respectievelijk Northwestern University en de universiteit van Illinois, hebben een manier gevonden om de beeldsensor te laten 'buigen'. Huang en Rogers ontwikkelden hiervoor een 'fijnmazig' materiaal bestaande uit kleine vierkantjes die de beeldreceptoren en de benodigde elektronische componenten bevatten. Deze vierkante 'eilandjes' zijn met elkaar verbonden via dunne draadjes, waardoor het materiaal de contouren van een oppervlakte kan aannemen.

Volgens de onderzoekers zorgt de gekromde vorm van de beeldsensor samen met de bolle lens ervoor dat de kijkhoek sterk verbetert. "Vooral de randscherpte van foto's kan hierdoor verbeteren", aldus Huang, die ook andere toepassingen ziet voor de vinding. Zo kan zijn technologie volgens de wetenschapper ook gebruikt worden om sensoren te ontwikkelen die de hersenactiviteit meten en de contouren volgen van de hersenen. Daarnaast ziet de onderzoeker mogelijkheden om een bionisch oog te ontwikkelen, maar praktische problemen verhinderen dat nog: "Op dit moment hebben we al een werkende camera die goed functioneert in combinatie met een computer. De echte uitdaging is hoe de camera verbonden kan worden met de hersenen.", aldus Huang.

Reacties (39)

[slow whoop]

Ik heb me wel vaker afgevraagd of dit geen oplossing zou kunnen zijn voor foto camera's. Nu zijn de sensors vlak en worden alle aberraties opgevangen worden door (dure) lenzen.
Met een gekromde sensor zou de lenzen voor de camera wellicht veel simpeler kunnen worden. De sensor kan dan dezelfde kromming hebben als de veldkrommingen/aberraties in het beeld dat je wilt vastleggen. De lenssystemen hoeven dan dus niet meer de aberraties te compenseren, dat doet de sensor.

[Verwijderd]

Ik vraag me af of dat echt zo werkt... volgens corrigeert de deze holle sensor die aberraties dus niet. Aberraties hoeven overigens helemaal geen probleem meer te zijn want met een digitale camera en een slim algoritme wordt dat probleem eenvoudig opgelost. Je kunt namelijk de drie kleur kanalen apart bewerken (ook van analoge foto's) en een goed doordachte tweedimensionale transformatie zorgt dat de drie kanalen goed over elkaar heen gelegd worden. Deze vinding zal voorlopig weinig nut hebben aangezien het tamelijk moeilijk te produceren is en de problemen zijn met lenzen en software denk ik veel eenvoudiger / goedkoper op te lossen omdat het ook mogelijk is om invallende lichtstralen uit verschillende hoeken parallel op een vlakke sensor (dus loodrecht) in te laten vallen.

Dit bionische oog heeft verder als tekortkoming dat de beeldpunten in een matrix gerangschikt zijn, hetgeen mij niet erg bionisch overkomt.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 31 juli 2024 03:52]

[slow whoop]

Ik heb het niet zozeer over chromatische aberraties (kleurafhankelijkheid) maar over sferische aberraties, coma, astigmatisme, veldkromming en vervorming. Die haal je niet zo maar weg met een slim software algoritme. Er wordt nog steeds gigantisch geinvesteerd in lenzen voor camera's. Als die niet nodig zouden zijn zou iedereen wel met een el cheapo lens op z'n Canon 1D of Nikon D3 lopen.

Een gekromde sensor zal inderdaad erg duur zijn, maar je moet ook flink investeren als je fatsoenlijk glaswerk voor je DSLR camera wilt hebben. Misschien dat met een gekromde sensor de prijsverhouding sensor/glas wat anders zou komen te liggen.

[Verwijderd]

Van al die abberaties, helpt dit dus alleen voor veldkromming... Wellicht ook nog ietsje vervorming. Maar coma, astigmatisme e.d. zul je hier niet mee kunnen oplossen.

Grootste probleem is daarna dat zo'n gekromde sensor alleen goed werkt voor 1 brandpuntsafstand. Voor een andere brandpunts afstand, zou je weer een andere kromming willen hebben.

NB: De natuurlijke sensor is nog steeds een vlakke. Lange telelenzen hebben totaal geen baat bij kromme sensor. Alleen bij wide angle is het zinvol, omdat het daar lastig is de lenzen goed genoeg te maken. Voor een DSLR is een dergelijk kromme sensor dus volslagen belachelijk. Maar voor een toepassing met een enkele vaste wide angle lens zou het interessant kunnen zijn.

[Amanoo]

Er zal flink wat nanotechnologie bij zo'n oog te pas moeten komen. Oplossen van aberraties en omzetten van digitaal interface naar "oog-interface". Ik denk dat als iemand zo'n oog krijgt, het werkelijke oog toch iets te klein moet worden, omdat er in een deel van het oog ook nog nanotechnologie (dat toch een beetje ruimte in zal nemen) moet worden verwerkt. Misschien is dezd camera zelfs helemaal geen oplossing, omdat je toch in zo'n camera twee "afdelingen" zult krijgen. Kan je misschien net zo goed een "normale" camera in bouwen. Aan de andere kant zou je misschien met een bolvorm in een bolvorm toch de ruimte beter kunnen benutten. Als je in een cirkel nog een cirkel wil tekenen, kan je elke oppervlakte kiezen die je wil, zolang dit maar kleiner is dan de eerste. Bij een vierkant is dit toch al lastiger, en zul je meer ruimte overhouden.

offtopic:
Ben hier erg actief Een oud kinderfantasietje

[MBV]

Abberaties zal je niet hoeven op te lossen. De hersenen hebben de wonderlijke eigenschap dat ze heel goed patronen kunnen herkennen. In het begin zal je ze zien, maar na een paar weken weet je niet beter.

Zet maar eens een 'bril' op die het beeld ondersteboven je ogen instuurt. Na een paar weken konden mensen niet meer lopen zonder die bril...

[Verwijderd]

Deze technologie kan ook wel handig zijn voor beveiligingscamera's,
Je moet er minder plaatsen en je kan meer zien,
het zal er natuurlijk wel van afhangen hoeveel breder de kijkhoek wordt met dit ding...

Voor daar bionische ogen van te maken, gaat me wel sterk lijken, aangezien je zoveel zenuwen enzo hebt aan de achterkant van je oog... mja wie weet... binnen een paar jaar... als ze daarin lukken dan kunnen de blinden weer zien...

vraag is dan natuurlijk, als mensen al levenslang blind zijn, dat dit oog dan een verbetering gaat brengen op hun levenskwaliteit... misschien lopen ze liever in het donker... uiteindelijk.

[.oisyn]

Het ligt natuurlijk aan de oorzaak van je blindheid of het zinvol is een oog te vervangen door een bionisch of desnoods simpelweg een donor-oog. Als de culprit in je hersenen of in de zenuwbaan ernaartoe zit oid dan heb je er al niets meer aan.

Over of mensen het willen - ik zag een keer op TV een verhaal over een man die in zijn jeugd blind is geraakt door een een of andere aandoening. Niet zo heel lang geleden was de techniek zo ver om dat weer te repareren, en dat is op hem toegepast. Hij kon toen wel weer zien, maar was totaal niet in staat om iets van de beelden te maken, en het was zelfs nadelig voor z'n evenwicht (omvallen bij staan, lopen en fietsen e.d.). Hij had bijzonder veel moeite met het herkennen van patronen en gezichten in de beelden die hij zag. Hij werd dus zeg maar overwelmd met extra informatie die z'n hersenen niet konden verwerken. Als ik me niet vergis heeft hij uiteindelijk gevraagd de operatie weer ongedaan te maken.

Kinderen moeten in feite ook leren zien nadat ze zijn geboren, en dat terwijl hun hersenen volop in ontwikkeling zijn. Ik vraag het me af of het iemand van, zeg, in de 40 nog überhaupt lukt om z'n hersenen in dat opzicht te kunnen trainen en ooit (weer) te kunnen lezen. Het zal dan iig een voordeel zijn als je op latere leeftijd pas blind bent geworden.

[achtbaanfreak]

Oke, mooi verhaal bij dit onderwerp. Maar ik denk dat je een 40 jarig persoon best weer kan laten zien, als die persoon tot ongeveer zijn 20ste kon zien. Je hersenen ontwikkelen zich tot ongeveer je 20ste levensjaar. De persoon waar jij het over heeft is in zijn jeugd, toen zijn hersenen nog ontwikkelden, blind geworden. Het zou me niks verbazen niks verbazen dat daardoor de ontwikkeling van zichtcentra in de hersenen (of hoe dat gedeelte ook heet) hierdoor op een laag pitje is gezet of zelfs voor andere doeleinde wordt gebruikt. Bij iemand die zeg maar na zijn 20ste blind wordt zijn de hersenen wel volledig ontwikkeld waardoor deze persoon misschien wel weer kan zien.

Ik ben geen hersenspecialist ofzo en heb dus ook geen idee of het bovenstaande überhaubt kan (ooit wel eens een paar afleveringen van "my brilliant brain" op discoverychannel gezien, dus ik weet er niet erg veel van). Puur een hersenspinsel van mij, maar ik denk dat het misschien wel op kan waarheid berust.

edit: Om mijn verhaal nog een beetje kracht bij te zetten. Ik heb zo'n verhaal over een meisje op tv gezien (vogels mij bij my brilliant brain). Dit ging over zo'n meisje dat haar eerste anderhalve levensjaar (zou ook 3 kunnen zijn) opgesloten heeft gezeten in huis zonder contact te hebben met enige mensen. Haar spraakcentrum was dus totaal niet ontwikkeld. Nadat dit meisje ontdekt werd is ze naar een mevrouw gegaan waar ze haar dingen probeerde te leren e.d. (en natuurlijk onderzochten). Dit meisje hebben ze wel gedeeltelijk leren praten. Ze kan bijvoorbeeld best dingen bij naam noemen enzo maar ze kan geen zinnen vormen, geen gramatica toepassen. Als de hagelslag bijvoorbeeld op is zal ze iets zeggen van "hagelslag supermarkt" en niet "wil je hagelslag bij de supermarkt kopen".
En dan nog even wat dit te maken heeft met de rest. .oisyn had het over een man die geen patronen kon herkennen in beelden (of dit door een "onderontwikkeld" zichtcentrum komt wordt niet verteld). Dit meisje kan geen patronen (gramatica) maken in haar zinnen omdat haar spraakcentrum die ontwikkelstap niet gemaakt heeft.

[Reactie gewijzigd door achtbaanfreak op 31 juli 2024 03:52]

[MBV]

Dat zou wel heel raar zijn. Doven kunnen ze ook redelijk leren praten, 't is alleen wel een full-time studie vanaf de basis- tot middelbare school.
Ik ken iemand die daarmee is gestopt, en die kan iig op papier nog wel wat neerzetten, vergelijkbaar met mijn Frans. Verstaan is erg lastig, ook omdat hij geen terugkoppeling heeft of het wel hetzelfde klinkt.

[elmertje]

Wat jij zegt is iets heel anders. Doven hebben toch al hun eigen taal. Het is niet zo dat dat deel van hun hersenen niet ontwikkelt is of zo. Dan hoef je dus eigenlijk alleen nog maar geluiden te maken. Dat is iets anders dan grammatica of taal moeilijk kunnen begrijpen.

[achtbaanfreak]

Dat is misschien wel weer zo, maar hun spraakcentrum is totaal niet ontwikkeld. Dit moeten ze wel ontwikkelen. Maar zoals MBV aangeeft is dit een full-time studie vanaf de basis- tot middelbare school. Dus iets wat ze onder de 20 jarige leeftijd ontwikkelen.

[link0007]

Misschien dat de blinden hier op tweakers daar meer over durven te zeggen, maar ik denk eigenlijk van niet.. En als het toch ongewenst is kunnen ze hem gewoon uitschakelen

[Katsunami]

Het zal wel mogelijk zijn uiteindelijk. Mijn zichtvermogen is erg slecht (34% met mijn rechteroog, 7% met mijn linkeroog). Het probleem zit echter in de ogen zelf, namelijk een gebrek aan ontwikkeling van de ogen tijdens de zwangerschap, als gevolg van rode hond. Echter, de zenuwen en de rest "achter" het oog is allemaal perfect in orde. Als het oog vervangen zou worden door een camera, zou mijn zichtvermogen kunnen verbeteren.

Er is wel ee probleem: een oog heeft een werkelijk enorme resolutie. Zelfs met slechts 34% zicht heeft mijn rechteroog een resolutie die vele, vele malen hoger is dan de krachtigste beeldsensor die op dit moment bestaat.

Zelfs als de resolutie achteruit zou gaan met een bionisch oog, zou het voor (extreeem) slechtzienden wel voordelen kunnen bieden: in mijn geval zou ik niet meer bijziende zijn. Als ik op afstand dingen zou willen bekijken, zou ik met mijn ogen kunnen inzoomen

Met een beetje geluk is de realiteit om blinden en slechtzienden te kunnen laten zien niet zo heel ver meer weg. Zelfs als het nog 15-20 jaar duurt, is het op mijn 50ste zeker nog de moeite waard om hieraan te beginnen; het kan immers zijn dat ik daarna nog 25-50 jaar te leven heb

Ik kijk wel uit (letterlijk) naar ontwikkelingen als deze.

[Amanoo]

Dan zou ik als ik jou was toch wel dat 7% oog als eerste doen. Als dat misgaat houd je nog je 34% oog over.

Mijn ouders kennen iemand die dit oog niet zou kunnen gebruiken. Bij hem waren tijdens een operatie de zenuwen achter het oog beschadigd. Zijn ogen zijn echter nog goed.

Ik weet trouwens niet zeker of je kan spreken van resolutie bij ogen. Dan zou je van pixels moeten kunnen spreken. Misschien sturen je ogen wel beeld door met puntjes, maar dat weet ik niet.

Een handige aanpak voor onderzoek hiervoor is misschien om eerst te proberen een oog op de computer aan te sluiten. Als je dat kan, zou je kunnen zeggen dat je de "interface" van je ogen daadwerkelijk begrijpt. Dan zou je het misschien ook andersom kunnen doen.

[Snajo]

@ Iedereen die het over de resolutie van het menselijk oog heeft: (--> edit)

Het netvlies bestaat uit staafjes (zwart-wit, lage lichtintensiteit nodig bv 's nachts) en kegeltjes (hoge lichtintensiteit nodig). Met een klein deel van je netvlies kan je extra gedetailleerd zien, de gele vlek. Hier bevind zich een hoge concentratie kegeltjes (nauwelijks staafjes).

Staafjes en kegeltjes zijn per groep gekoppeld aan een zenuw naar je hersenen. In de gele vlek bestaat zo'n groep maar uit enkele kegeltjes. Hoe verder naar de buitenkant van het netvlies hoe groter deze groepen worden. Daarom zie je ook minder gedetailleerd verder naar de buitenkant van je gezichtsveld toe.

Je kan dus lastig spreken over de resolutie van een ook in pixels omdat de resolutie variabel is (ligt eraan over welk gebied van je gezichtsveld je het hebt). Ook werkt de signaaloverdracht dus niet met pixels maar een soort overlappende ronde pixels (de groepen staafjes en kegeltjes).

[Reactie gewijzigd door Snajo op 31 juli 2024 03:52]

[MadButcher]

Een normaal oog zou ongeveer iets van honderd megapixel zijn?
In elk geval HEEL erg veel.
Maar dat niet alleen, hoe zit het met het dynamisch bereik.
En de hersenen zijn natuurlijk de ultieme beeldprocessor.

De techniek haalt het niet van de natuur.
Maar gehandicapten gun ik natuurlijk vervangende hulpmiddelen.
Beter iets dan niets.

[MBV]

Resolutie valt nog wel mee, geloof ik. Pak de simpele kaart bij de dokter maar eens, met die teksten. Pak een topmodel Canon/Nikon, en maak er een foto van. Ik denk dat je alleen de onderste 3 regels niet kan lezen, wat bij mensen ook niet erg ongebruikelijk is. Dan neemt de resolutie nog af naar de zijkant ook. Toegegeven: dan heb je een 50mm lens, en 35mm sensor, dus de schaal moet nog steeds kleiner worden. Een consumer-camera komt qua resolutie al een stuk beter in de buurt: 10 MPix op 1/2.3" = 6x4.5mm, 10mm lens.

Dynamisch bereik van het menselijk oog is daarentegen fenomenaal: dynamisch bereik van staafjes/kegeltjes an sich is al groot (kan hoge contrasten waarnemen), maar daarnaast kan de gevoeligheid in 'zones' ook verschillen. En bij 'overbelichting' kan je alsnog onderscheid maken waar dat het felste is

Met een bionisch oog blijft de ultieme beeldprocessor natuurlijk op zijn plek zitten

[engelbertus]

die vergelijking met een fotocamera gaat helemaal niet op.
het aat er gewoon om hoeveel pixels of te wel staafjes en kegeltjes er in ej oog zitten.

dan ga ik er wel van uit dat elk staafje of kegeltje ook in zijn eentje werkt, wat mij wel het geval is. als die staafjes en kegetjes kleiner zijn dan de huidige pixels op chips, is de resoluti natuurlijk bij een oog veel rgoter ( oplossend vermogen)

[Rob Coops]

Ik denk eigenlijk dat het wel mogenlijk is er zijn al tests gedaan met platte sensoren in het menselijk oog, maar de huidige resolutie is nog heel erg slecht, een paar pixels (20x20 of zo iets) en de uitdaging is natuurlijk om nog veel meer zenuwen te kunnen koppelen aan zo'n chip, maar het moet natuurlijk ook klein zijn en zeer weinig energie gebruiken omdat je anders steeds met je vingers in het stopkontakt moet vroeten.

Het voordeel van een bolle sensor is natuurlijk dat je veel beter een menselijk oog kunt na doen, maar voorlopig eerst maar eens een 10MP sensor in zo'n balletje hangen voor dt we funky dingen gaan doen met bolle sensoren en zo

[Amanoo]

Het grote probleem is de "interface". Je kan niet zomaar je oogbol op de USB aansluiten. Evenmin kan je een USB-apparaat op je hoofd aansluiten. En als je dat eindelijk dan voor elkaar zou krijgen, moet je de hele aansluiting nog proberen zo klein mogelijk te maken. Gelukkig bestaat er nanotechnologie. Over het aantal megapixels maak ik me niet veel zorgen. Dat wordt "vanzelf" wel meer. Een even grote camera krijgt er steeds meer naarmate er verder wordt ontwikkeld en researched.
Ooit had ik een mobieltje met VGA-camera, nu heb je er zo een met 5 megapixels. Zo kan dit ook steeds verder worden ontwikkeld. Daar heb ik alle vertrouwen in.

[vssr]

Dat ligt eraan. Het menselijk oog bevat de fovea, het plekje met de hoogste concentratie staafjes (of was het nou kegeltjes?), waar je scherp mee ziet. Je kan slecht een oppervlak ter grote van je duimnagel op armafstand scherp zien. Scherpte aan de randen is dus eigenlijk niet 'realistisch'. Edit : tenzij de focus helemaal op de rand van de foto ligt.
Niettemin erg gave technologie

[Reactie gewijzigd door vssr op 31 juli 2024 03:52]

[YopY]

Klopt, maar in de rest van dat gebied zie je nog steeds - oké, niet scherp, maar je ziet wel veel.

Zou wel raar zijn denk ik, als ze deze technologie straks in kunstogen verwerken - dat je ineens over het volledige gezichtsveld scherp ziet. Ik denk niet dat dat echt lekker ziet dan.

[kluyze]

Dat went, dat is namelijk het mooie aan onze hersenen, die passen zich daaraan aan. Net zozeer dat het went als je een 'ondersteboven bril' zou aandoen, als je zoiets dag in - dag uit draagt dan merk je het na een tijdje niet meer. Omdat de hersenen zich daaraan aanpassen.

[kokx]

Kegeltjes. En in het nederlands heet de fovea de gele vlek .

Maar de scherpte van een foto aan de randen maakt wel uit, aangezien een foto een 2d beeld is waar je ogen niet op 2 verschillende stukken een andere focus hebben.

[Cyw00d]

Dus wss hebben de meeste videorecorders (de nieuwe) straks een bolle sensor ?
(En fotocamera's)
@Blecchi > Inderdaad, denkfout ^^

[Reactie gewijzigd door Cyw00d op 31 juli 2024 03:52]

[Blecchi]

Een bolle sensor bedoel je. Bolle lenzen bestaan nou toch al iets langer...

[Auryon]

Volgens mij is de sensor hol (en de lens bol)

[Verwijderd]

Bedoel je niet videocamera?

[lometje]

Millitaire toepassingen... 1 echt oog, 1 'computer'oog, handig in de nacht Er zit echt wel toekomst in voor mensen die iig niet blind waren maar zijn geworden door ongevallen... Mensen die hun hele leven al blind zijn leggen de combinatie niet tussen wat zij zien en wat zij als realiteit beschouwen. Oftewel ze voelen een kubus met de 'nieuwe' ogen dicht en zien het daarna en snappen dus totaal niet wat ze zien omdat hun hersenen die informatie nooit gehad hebben. Het visuele gedeelte van de hersenen is ook toebedeeld aan andere taken en het komt er dus op neer dat het redelijk zinloos is voor de 'blind geboren' mensen.

[warcow]

Ja of je geeft die blind geboren mensen meteen bij de beboorte zo'n mooi oog mee.
Ik ben benieuwd hoe ver we uiteindelijk komen met het verkleinen/verbeteren van de techniek.

[Vorkie]

Wel lastig, dat wil dus zeggen dat je ook evenredig met de grote van de oogbal moet meewerken.
Anders krijg je dat iemand ze oog eruit valt enzo (of aan een draadje hangt in dit geval)

[Amanoo]

Misschien is het toch nog niet eens zo'n gek idee hoor. Sommige kinderen hebben ook beenproteses. Toch wel duur omdat zo'n beenprotese dus ook moet worden vervangen, en zo'n oog constant ook.

offtopic:
Er is iemand die zijn ogen eruit kan laten floepen. Goor

[Reactie gewijzigd door Amanoo op 31 juli 2024 03:52]

[Silent7]

ja ja ja ga zo door.
Ik heb zeer slechte ogen en zou ze (of begin maar met 1 voor de zekerheid ) graag vervangen door een camera, dan kan ik weer alles zien. (en stop en een zoom functie in dan kan ik veel meer zien )
(lenzen werken niet, een hoornvliestransplant geeft als nadeel dat je 6 maanden nodig hebt weer op oude zicht te komen en een jaar of 6 kans op afstoting)

[jelmervdmeer]

juist en zelfs een bril of lens werkt niet altijd perfect, bijvoorbeeld mensen die Keratoconus hebben (zoals ik). Daarnaast zou ik het ideaal vinden als er een camera in m'n oog kon, 20x optische zoom, infrarood, nightvision

[freedragon]

Je vergeet x-ray vision