昆蟲即使在弱光條件下也能表現出極其優秀的仿昆敏捷性和反應能力。秘密在於它們的虫眼複眼能以驚人的速度和靈敏度檢測運動。韓國科學技術院研究人員模仿這一現象,相机像開發出了一種克服傳統高速相機局限,每秒可實現超高速成像的帧图相機。研究成果發表在最新一期《科學進展》雜誌上。仿昆
這款相機外形纖薄,虫眼厚度不到1毫米,相机像因此可輕鬆集成到各種係統中。每秒它能夠以每秒9120幀的帧图速度進行拍攝,即使在光線較暗的仿昆環境下也能拍攝出清晰圖像,其性能堪比昆蟲複眼。虫眼
昆蟲的相机像眼睛由許多稱為小眼的微小單元組成,每個小眼都獨立運作。每秒這使它們能同時處理來自視野不同方位的帧图信息。這種並行處理能力使昆蟲能檢測和跟蹤快速移動的物體,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的整合時間來增強敏感性。
傳統高速相機雖然能夠很好地捕捉快速運動,但隨著每秒捕捉幀數的增加,其在昏暗光線下的“視力”會下降。這是因為每幀用於收集光線的時間減少了。
為了解決這一問題,研究團隊采用了一種與昆蟲視覺類似的方法,利用多個光學通道和時間累加技術。與傳統單目相機不同,這款受生物啟發的相機采用了類似複眼的結構,能從不同的時間間隔並行獲取幀信息。在這個過程中,每幀圖像都會在重疊的時間段內積累光線,從而提高了信噪比。這款仿生相機能捕捉更暗的物體,其可捕捉物體的暗度極限是傳統高速相機的1/40。
研究團隊還引入了一種“通道分割”技術,顯著提升了相機的速度,使其幀率比封裝中所用圖像傳感器支持的幀率快數千倍。此外,他們還采用了“壓縮圖像複原”算法,以消除幀整合引起的模糊,並重建清晰圖像。