科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
昆蟲即使在弱光條件下也能表現(xiàn)出極其優(yōu)秀的敏捷性和反應(yīng)能力。秘密在于它們的復(fù)眼能以驚人的速度和靈敏度檢測(cè)運(yùn)動(dòng)。韓國科學(xué)技術(shù)院研究人員模仿這一現(xiàn)象，開發(fā)出了一種克服傳統(tǒng)高速相機(jī)局限，可實(shí)現(xiàn)超高速成像的相機(jī)。研究成果發(fā)表在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。
高速、高靈敏度的仿生相機(jī)，封裝在圖像傳感器中。它足夠小，可以戴在手指上，厚度不到1毫米。圖片來源：《科學(xué)進(jìn)展》雜志
這款相機(jī)外形纖薄，厚度不到1毫米，因此可輕松集成到各種系統(tǒng)中。它能夠以每秒9120幀的速度進(jìn)行拍攝，即使在光線較暗的環(huán)境下也能拍攝出清晰圖像，其性能堪比昆蟲復(fù)眼。
昆蟲的眼睛由許多稱為小眼的微小單元組成，每個(gè)小眼都獨(dú)立運(yùn)作。這使它們能同時(shí)處理來自視野不同方位的信息。這種并行處理能力使昆蟲能檢測(cè)和跟蹤快速移動(dòng)的物體，例如獵物或捕食者。在弱光條件下，昆蟲的眼睛通過延長光信號(hào)的整合時(shí)間來增強(qiáng)敏感性。
傳統(tǒng)高速相機(jī)雖然能夠很好地捕捉快速運(yùn)動(dòng)，但隨著每秒捕捉幀數(shù)的增加，其在昏暗光線下的“視力”會(huì)下降。這是因?yàn)槊繋糜谑占饩€的時(shí)間減少了。
為了解決這一問題，研究團(tuán)隊(duì)采用了一種與昆蟲視覺類似的方法，利用多個(gè)光學(xué)通道和時(shí)間累加技術(shù)。與傳統(tǒng)單目相機(jī)不同，這款受生物啟發(fā)的相機(jī)采用了類似復(fù)眼的結(jié)構(gòu)，能從不同的時(shí)間間隔并行獲取幀信息。在這個(gè)過程中，每幀圖像都會(huì)在重疊的時(shí)間段內(nèi)積累光線，從而提高了信噪比。這款仿生相機(jī)能捕捉更暗的物體，其可捕捉物體的暗度極限是傳統(tǒng)高速相機(jī)的1/40。
研究團(tuán)隊(duì)還引入了一種“通道分割”技術(shù)，顯著提升了相機(jī)的速度，使其幀率比封裝中所用圖像傳感器支持的幀率快數(shù)千倍。此外，他們還采用了“壓縮圖像復(fù)原”算法，以消除幀整合引起的模糊，并重建清晰圖像。
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