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        日本研究出復眼照相機可從圖像中剝離出三維信息

        2022-10-10 21:22:14 來源:

          

         

          

          

        一種全新的超薄型照相機可以從圖像中剝離出三維信息并辨別出特定對象。

          

        大阪大學的研究人員們已經開發出一款超薄型照相機,那款照相機可以測定一幅圖像中不同對象之間的距離然后辨認出各個對象的顏色和其他結構特征。實際上,由Jun Tanida領導的這個研究組已經開發出一套綜合性硬件和軟件系統,利用這套系統可以辨別出圖像中的不同對象,重組三維圖像。

          

        Tanida說,他深入研究了生物學成像系統尤其是某些昆蟲的復眼,并因此得到啟發確定了設計的藍圖。這項名為TOMBO(復合光學細微觀測模塊)的技術實際上是由九塊很小的透鏡組成的透鏡組和模仿昆蟲辨別對象的空間、形狀和顏色等特征的過程來分析圖像的軟件組成。 研究人員們將TOMBO技術的硬件集合在一個襯衫紐扣那么大的小盒子里。在如今的移動設備變得越來越小和越來越薄的時代,這樣一款復眼照相機可以給手機增加強大的拍照和圖像辨別功能。

          

        麻省理工學院的電機工程學教授Frédo Durand說,這款照相機背后的基本原理并不是什么新事物。多年以來,研究人員們一直在不斷測試在照相機中采用復眼透鏡來提高成像的分辨率。 Durand教授說,大阪大學的研究人員們與這片研究領域的其他人不同,他們將重點集中在開發盡可能小巧的設備以便它可以應用于各種對尺寸有嚴格要求的特殊應用領域。Durand說,比如一款象TOMBO照相機這樣的輕薄型圖像辨認系統可以安裝在飛機機翼上用來監控目的地。

          

        這項技術背后的基本思想是利用多個透鏡來從不同的角度捕獲某個圖像的信息,就象我們的雙眼從不同的兩點來觀察對象以確定對象的空間位置一樣。人眼觀察事物的相對角度與對象跟人眼之間的距離有關。 另外,對象的顏色和形狀也會因雙眼觀察它的角度和距離以及光源的位置而存在細小的差異。實際上,我們的大腦會比較雙眼輸入的信息以確定對象與眼睛之間的距離、它的顏色和形狀以及其他一些特征。

          

        Tanida說,圖像識別算法中就應用了相同的原理。軟件可以將九個透鏡獲得的影像分開,清楚陰影,對圖像變形進行補償修復,然后重新將像素映射到一個二維圖像上。 Tanida解釋說,重新映射過程中的累計誤差可以被用來確定對象的距離、顏色和形狀,這樣就可以在全三維模式下重建圖像,還可以用于圖像識別。

          

        杜克大學電機工程學教授Dave Brady說,他認為Tanida的系統非常有用。雖然其中的某些技術比如光學配置和分析對象的某些算法等并非什么全新的技術,但是Tanida的研究組將它們整合在一個小巧的盒子里,可以廣泛應用于手機掃描儀到汽車導航系統等各種應用領域。 Brady說:“這項創新更傾向于光學設計和集成方面的創新。”

          

        Tanida承認,TOMBO照相機的圖像質量現在只有110萬像素,還需要進一步改進,改進的主要方法是改變圖像處理算法和增加透鏡數量。而且他還說,考慮到這款照相機將因為哪些領域而優化也非常重要。 比如,停車場的監控照相機也許只需要較低的分辨率就行了,在這種情況下,照相機就只能配備較少的透鏡。然而,軍事用途可能會對照相機的分辨率提出較高要求,這樣照相機配備的透鏡數量就相應更多一些。(三張)

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