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美大学研制出10亿像素相机
2017-09-20 16:22:29

美国北卡罗来纳州杜克大学(Duke University)的科学家们研发了一台实验相机,其数据采集容量是目前市场上最先进的消费数码相机的30多倍。这项成果可能从根本上改变采集和查看图像的方式。
现今最好的数码相机可拍摄分辨率达数千万像素的图片,这款最新的相机能够拍摄10亿级像素的静态图片或视频图像,而且清晰度比完美视力的人眼所能看到的图像要清晰五倍。像素是显示屏上所显示的一个个小方点,它们排列在一起就构成了影像。其他条件相同的情况下,像素数越高拍出来的图片就越清晰。

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▲这台相机重45.4公斤,有两台微波炉相叠那么大。

 

杜克大学研发的这款实验性相机名为“AWARE-2”,其要实现商业化生产还需很长一段时间。当前这个机型需要很大空间来存放和冷却其电子控制面板。它的重量达100磅(约45公斤),体积约相当于两台微波炉叠在一起。用它来拍摄图片并把数据存在磁盘上需要18秒左右。

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▲图为该相机拍摄的西雅图街景,底部的小图展示了相机捕捉到的细节。

 

杜克大学光学工程师戴维?布拉迪(David Brady)说,用传统数码相机拍照就像通过一根苏打水吸管看东西,因为你只能看到一小块画面,而他们的新型相机则更像从消防软管看东西,整个世界完全展现在你的眼前。

布拉迪是这台10亿像素相机研发团队的领头人,他说其团队在用它来拍摄西雅图天际线的图片时,能够把图片放大看到半英里之外一个停车库上写着的“入口”和“出口”标识。同样地,如果观众用这台相机来拍摄网球比赛的视频,也可以把选手或坐在球场远处另一端的观众的图像放大,看到的图像都同样清晰。

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▲图为美国北卡罗莱纳州庞戈湖(Pungo Lake)的复合图像。

 

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▲图为庞戈湖照片的左侧特写。

 

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▲将同一张庞戈湖照片继续放大,可见水面和空中的鸟。

 

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▲继续放大可以看清每一只鸟,但在这个系列的第一张照片中该鸟群并不可见。

 

许多科学家都认为,10亿像素级摄影时代距离我们不会太遥远。

夏威夷“全景巡天望远镜与快速反应系统”(Pan-STARRS)的望远镜也使用了数个10亿像素级的相机,但它是用于天文用途的。一些无人机安有百万像素级的摄像头,但它们的视场角往往比较狭窄。10亿像素计划(The Gigapixl Project)正使用大画幅胶片相机拍摄高清晰度的北美全景照片,并把焦点放在城市、公园和纪念碑上。

纽约哥伦比亚大学(Columbia University)计算机视觉技术研究者希瑞?纳亚尔(Shree Nayar)称,相比之下,杜克大学研发的相机是促进10亿像素级相机用于普通用途的首台设备。他还说,其中的困难在于如何缩小电路板空间并降低设备所需的电量。纳亚尔观看过这台相机的操作,但他并未参与该研究计划。

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▲该设备的秘密是一个球形镜头,它有足球大小,其表面安装了近百个1400万像素的微型相机。图中数字标出了98部微型相机分别拍摄的局部图像。

 

杜克大学所研发的10亿像素相机的秘诀是一个球形镜头,该设计创意最初于19世纪晚期提出。尽管效果非常不错的球形镜头天然就存在(比如人眼),但是长期以来研究人员发现要想用实验性的机型精准对焦还是颇有难度。

杜克大学的研究团队克服了这一困难,他们在一个足球大小的球形小镜头的外部安装了近100台微型相机,每台相机都配有一个1400万像素的传感器。这种配置可拍摄近100张独立而且对焦精准的图片,与球形镜头连接的计算机随后会把它们拼凑在一起合为一张完整的图片。

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▲图为待安装微型相机的球体背面。密恐…

 

布拉迪博士称其团队将于今年年底制成一台100亿像素的彩色相机,并计划在未来制造一台500亿像素的相机。


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