相机利用单像素重建图像

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在数码相机中,通常像素越多,照片质量越好。研究人员现在已经演示了一种相机,仅使用单个像素即可创建百万像素质量的图像。诀窍是应用一种相对较新的技术,可以直接压缩图像,而不是记录高分辨率图像,然后再将其转换为更小的文件格式。

普通的数码相机将图像聚焦到像素网格上,每个像素测量图像中某个点的光强度。像素越多,您上次度假的照片就越清晰。但是,更密集的像素阵列也会更快地消耗相机电池电量,并且它们记录的大部分信息最终都未被使用。为了存储图像,相机需要花费更多电量将其转换为诸如 jpeg 之类的文件格式,该格式会删除冗余信息和精细细节。

为了简化数字成像,莱斯大学的工程师 Rich Baraniuk 和 Kevin Kelly 用微小微镜阵列取代了像素网格。每个镜子随机指向两个方向之一:朝向单个光敏像素或远离它。当图像聚焦到镜子上时,光线会分解成明亮光点的随机图案,并且它们的组合强度由单个像素记录。“这为我们提供了图像的同步采集和压缩,”Kelly 说。镜子的位置被随机重新分配多达数万甚至数十万次,从而产生一系列随机变化的光强度。使用数学家在过去几年中开发的计算机算法,相机软件识别与样本一致的最简单的图像,本质上是对图像进行解压缩。“这有点像对这个概念的极限进行英勇的演示,”杜克大学的工程师 David Brady 说,他致力于用于设计薄光谱和宽光谱相机的类似技术。


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莱斯大学的研究小组计划在 10 月 11 日美国光学学会的年会上报告说,他们已经基于大约 15 分钟内获得的 30,000 个光样本创建了百万像素大小的图像。Kelly 说,原则上,更快地切换镜子可以将时间缩短到几秒钟。“最初它将是一种研究工具,因为相机非常便宜,”他指出。“但是,相同的方法可以在不使用镜子的情况下应用。” 他说,通过处理传统相机捕获的光线,该算法可以使用相同数量的像素生成更清晰的图像。

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