工程師開發(fā)沒有光學(xué)器件的計(jì)算機(jī)化攝像機(jī)

將來，您的汽車擋風(fēng)玻璃可能會(huì)變成一個(gè)巨大的攝像頭，感應(yīng)道路上的物體?；蛘呒抑械拿總€(gè)窗口都可以變成安全攝像頭。

猶他大學(xué)的電氣和計(jì)算機(jī)工程師已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種創(chuàng)建無光學(xué)相機(jī)的方法，其中常規(guī)玻璃窗或任何透視窗可以成為鏡頭。

他們的創(chuàng)新在一篇研究論文中有詳細(xì)描述，“計(jì)算成像能夠?qū)崿F(xiàn)'透視'無透鏡相機(jī)”，發(fā)表在最新一期的Optics Express上。該論文的副本由猶他大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程專業(yè)畢業(yè)生Ganghun Kim共同撰寫，可在此處下載。

猶他大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程副教授Rajesh Menon認(rèn)為，所有相機(jī)的開發(fā)都是為了讓人類看到并破譯圖片。但是，如果，他問，你可以開發(fā)一種可以由運(yùn)行算法的計(jì)算機(jī)解釋的相機(jī)嗎?

“為什么我們不從頭開始思考設(shè)計(jì)針對(duì)機(jī)器而非人類優(yōu)化的相機(jī)。這是我的哲學(xué)觀點(diǎn)，”他說。

如果諸如用于移動(dòng)電話或SLR相機(jī)的普通數(shù)碼相機(jī)傳感器指向沒有鏡頭的物體，則其產(chǎn)生看起來像像素化斑點(diǎn)的圖像。但是在該blob內(nèi)仍然有足夠的數(shù)字信息來檢測(cè)對(duì)象，如果計(jì)算機(jī)程序經(jīng)過適當(dāng)?shù)挠?xùn)練來識(shí)別它。您只需創(chuàng)建一個(gè)算法來解碼圖像。

通過一系列實(shí)驗(yàn)，梅農(nóng)和他的研究團(tuán)隊(duì)拍攝了猶他大學(xué)的“U”標(biāo)志以及動(dòng)畫棒圖的視頻，兩者都顯示在LED燈板上。一個(gè)便宜的，現(xiàn)成的相機(jī)傳感器連接到有機(jī)玻璃窗口的側(cè)面，但指向窗口，而燈板位于窗格前方，與傳感器的前部成90度角。在運(yùn)行算法的計(jì)算機(jī)處理器的幫助下，來自相機(jī)傳感器的結(jié)果圖像是低分辨率圖像，但是可以識(shí)別。Menon說，該方法還可以生成全動(dòng)態(tài)視頻和彩色圖像。

該過程涉及將反射帶纏繞在窗戶的邊緣周圍。來自圖像中物體的大部分光線穿過玻璃，但只有1%左右 - 通過窗口散射到相機(jī)傳感器中，以便計(jì)算機(jī)算法對(duì)圖像進(jìn)行解碼。

雖然拍攝的照片不足以贏得普利策獎(jiǎng)，但它對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車的避障傳感器等應(yīng)用來說已經(jīng)足夠了。但是Menon說更強(qiáng)大的相機(jī)傳感器可以產(chǎn)生更高分辨率的圖像。

無鏡頭相機(jī)的應(yīng)用幾乎是無限的。通過使用窗戶作為鏡頭，安全攝像機(jī)可以在建造期間內(nèi)置于家中。它可以用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)護(hù)目鏡，以減少其體積。使用當(dāng)前的AR眼鏡，相機(jī)必須指向用戶的眼睛以便跟蹤它們的位置，但是利用這種技術(shù)，它們可以定位在鏡頭的側(cè)面以減小尺寸。汽車擋風(fēng)玻璃沿邊緣可以有多個(gè)攝像頭以捕獲更多信息。該技術(shù)還可用于視網(wǎng)膜或其他生物識(shí)別掃描儀，這些掃描儀通常具有指向眼睛的相機(jī)。

“這不是一個(gè)萬能的解決方案，但它開辟了一種思考成像系統(tǒng)的有趣方式，”梅農(nóng)說。

從這里開始，Menon和他的團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步開發(fā)該系統(tǒng)，包括三維圖像，更高的色彩分辨率和常規(guī)家庭照明中的拍攝對(duì)象。他目前的實(shí)驗(yàn)涉及從燈板拍攝自發(fā)光圖像。