不需镜头,只要一块玻璃即可成像,一款专为机器研发的相机

文丨拾柒

项目应用场景

AR/VR丨人工智能丨家庭监控

望潮君独家测评

在我们的日常设备中,不管是电脑、iPad还是手机,亦或是摄影爱好者的专业设备,必不可少的一个配件就是摄像头。

随着摄像设备的不断升级,其拍摄出来的画质也越来越高,从标清到高清,再到1080P。我们已经逐渐不能够忍受看标清的“渣”画质。然而,对于机器而言,要求却不需要这么高。

近年来,计算机视觉技术的发展,使得机器对照片的需求增高。虽然人类更喜欢看高清的照片,但如果将其交给计算机看,那么这张照片就不需要具备那么高的分辨率和保真度,哪怕只是一张简单、模糊的照片,也足以计算机提取其需要的信息。

基于该想法,犹太大学电气与计算机工程副教授Rajesh Menon研发了一款新型相机。该相机没有镜头,只要一块玻璃就可以为机器提供专门的照片。这也意味着,使用该设备是非常节省存储空间的。

当前摄像镜头所使用的都是凸透镜成像原理,从傻瓜摄像机到手机摄像头,都拥有一个凸透镜作为镜头。但Menon研发的这款相机,虽然只有一个玻璃,但并不是凸透镜,而是利用反射光原理。

什么是反射光?

我们之所以能够透过玻璃看到景象,是因为光线在进入玻璃的时候,大部分光都穿过两层玻璃和空气的分界。而另一小部分光线则是在进入玻璃后,开始在玻璃的两侧反射。Menon就是利用了这些反射的光线。

图:反射光原理

反射的光线最终都会反射到玻璃的边缘。于是,Menon将一个CMOS传感器(640×480像素,提供8位分辨率)连接到有机玻璃板的边缘,使它们平滑接触,然后连接到成像设备上,之后在有机玻璃板周边的其余部分放置反光带。

CMOS传感器压在玻璃边缘可以检测到进入玻璃的光在多次反射后的信号,之后对这些探测到的光信号进行处理,就可以实现成像,玻璃也就随之成了类似相机镜头的存在。但该方法却提高了图片的噪点。

针对这一概念,Menon教授进行了实验。

在实验中,他准备了一个32×32的LED板,其共有1024个LED发光二极管。之后,分别点亮这1024个LED发光二极管,并记下此时CMOS传感器得到的信号。

然后,LED板上的1024个“像素”无论呈现怎样的图形,CMOS传感器都可以监测到它们发出的信号,并且推算出LED板上的原始图形。

图:最右列为通过CMOS传感器推算出LED板上的原始图形

目前,Menon的团队正在开发一种机器学习算法来研究更复杂的图像,不限于LED板上的图像,还可能有手写数字的拍摄识别。

对于该设备未来的主要用途,Menon表示:预计这项技术的首批应用可能是VR/AR眼镜。因为在VR/AR设备中,生成和显示图像就已经需要巨大的硬件设备了,如果需要实现眼动追踪的话,加一台眼动追踪相机可能太麻烦了,所以这款相对轻量级的相机可以提供足够的信息来跟踪用户的眼球运动。

此外,Menon还认为,未来这项技术也可以用在家庭监控设备上。如果在家中安装监视器可能太过明显,会引起窃贼的注意。所以,不妨在房间窗户上安装该设备,从而神不知鬼不觉的了解家中发生的动向。

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