編譯／韋士塔

科技和材料科學的進步，讓許多裝置的體積愈來愈輕巧，且功能不斷提升。美國科學家運用一種稱為 「 超構表面 」（metasurface） 的技術，製造出體積只有一顆鹽巴大小的相機，卻能拍攝出超清晰的彩色影像。

普林斯頓大學和華盛頓大學合作開發一款微型相機，與尺寸大50萬倍的專業相機相比，影像品質毫不遜色。

研究人員指出，這項技術解決了過去微型相機的瓶頸，包括失真、模糊、視野範圍受限，未來將可成為微型機器人的重要基礎，有助進行人體內部探測。此外，超構表面使用的材料是玻璃狀氮化矽，這是一種適合傳統電子製造工藝的材料。也就是說，量產這種微型相機，不須使用新的設備，只要使用目前已有的製程和設備就能大量生產。

這款微型相機的技術，還有另一個潛在用途。若能把微相機當成覆蓋層，特定裝置的表面就能變成相機。例如，筆電螢幕上方或智慧手機背面將不需安裝傳統相機。研究員海德（Felix Heide）表示：「特定裝置的表面能成為高解析度相機，手機背面就不再需要3個鏡頭。」

普林斯頓大學的電腦科學家伊森‧曾（Ethan Tseng）表示，傳統相機使用結構複雜的鏡頭，讓光線投射到軟片或數位傳感器上並產生影像，但他們開發的微型相機，使用覆蓋超構表面的160萬個圓柱來拍攝圖像。每個圓柱的大小約與病毒相當，並可透過演算法和機器學習（machine learning）調整圓柱與光線之間的相互作用。

伊森‧曾表示，這款微型相機的特殊技術之一，是結合硬體與運算處理技術，並可運用演算法大幅改善拍攝的影像。他解釋，圓柱體的作用，是調整光線的行進路線，引導不同波長的光線進入感光元件，據此取得所需影像，再透過人工智慧（AI）軟體將影像修正。此外，這種相機也能自動尋找特定目標，例如人體內部疾病的狀況。這項研究成果，已發表於《自然通訊》（Nature Communications）期刊。

研究人員指出，設計與組裝這些微小的結構，並讓相機正常運作，難度極高。為了優化相機的功能，華盛頓大學光學專家寇伯恩（Shane Colburn）設計一個數位模型，模擬超構表面的設計和相機拍照，協助研究人員評估及改良設計。

寇伯恩表示，每個超構表面都有大量天線，加上天線與光線交互作用的複雜性，讓每次模擬都要動用龐大的資料儲存空間和運算能力。

光學工程師邁特（Joseph Mait）則表示：「我們並非首次進行光學方面的設計，但在相機前端使用表面光學技術，後端使用機器學習技術，則是首次嘗試。如何安排超構表面上數百萬個圓柱的尺寸、形狀和位置，以取得清晰的影像，確實不容易。」

目前，研究團隊正設法提升這款相機的運算能力，進一步提高影像品質，並整合物體辨識等功能。