Ученые из Университета Дьюка разработали невероятно мощную новую камеру, которая сочетает в себе десятки объективов для захвата изображений и видео с разрешением в тысячи мегапикселей, в трех измерениях.
Прибор называется многокамерным матричным микроскопом (Multi Camera Array Microscope, MCAM), и он состоит из 54 различных линз, которые захватывают объект под немного разными углами. Полученные изображения затем сшиваются вместе, чтобы создать одно гигантское изображение с разрешением в гигапиксельном масштабе — это примерно в 50-100 раз больше детализации, чем у камеры среднего смартфона, или в 10 раз больше, чем у более дорогих топовых моделей. И из-за множества различных перекрывающихся точек зрения он также обеспечивает трехмерное представление объектов, которое может раскрыть новую информацию, ранее невиданную.
MCAM не просто снимает неподвижные изображения — устройство может снимать 3D-видео на площади 135 см2 со скоростью 230 кадров в секунду. Это, конечно, приводит к серьезному затруднению при обработке данных — изображения в сумме превышают 5 гигапикселей в секунду, а это означает, что камера генерирует терабайты данных за считанные минуты. И поэтому, команда разработала алгоритмы машинного обучения для эффективной обработки чисел.
Несколько групп исследователей задействовали систему, наблюдая за группами различных организмов, таких как муравьи, свободно перемещающихся по лабораторным боксам. Одна группа подробно наблюдала за деятельностью плодовых мушек по уходу (грумингу) в деталях почти до клеточного уровня. Другая наблюдала за развитием рыбок данио от личинок до взрослых особей, а еще одна — за тем, как эти рыбы реагируют на нейроактивные препараты.
«Когда наши коллеги, изучающие рыбок данио, впервые использовали его, они были потрясены», — сказал Рорк Хорстмайер (Roarke Horstmeyer), ведущий автор исследования. «Это сразу же включило новый порядок действий, связанный с подачей и глубиной, которых они никогда раньше не видели».
Команда говорит, что этот метод можно использовать для наблюдения за большими партиями объектов, таких как клеточные культуры, и обнаруживать изменения задолго до того, как их зафиксируют другие инструменты. Другие возможные области применения включают «отпечатки пальцев» изобразительного искусства или предметов коллекционирования для отслеживания подделок.
Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics. MCAM можно увидеть в действии на видео ниже.
Гигапиксельный 3D-микроскоп фиксирует жизнь в беспрецедентных деталях. Видео: Duke Engineering.
Источник: Duke University.