下一代相机革命将给人类带来“透视”功能

科技赋予人类未来更多的可能性。不同于传统的成像技术,即将来临的相机革命提供可穿过浓雾、透视人体、甚至能够透视墙壁的摄影技术。

来源:迈点聚 编译:郑照蓉

相信大多数人对当下智能手机上的照相技术感到满意,它不仅能识别人脸,还能在高清像素下拍摄视频。一场更大的摄像变革即将来临,而这些只是雕虫小技。

最新的摄像研究正从增加高清像素的数量转向利用计算处理相机数据,因此,这里指的并不是photoshop软件处理图片的方式。这是一种全新的方法,在这里输入的数据实际上可能根本不像图像。它只是在一系列计算步骤之后才成为图像,这些步骤通常涉及光线穿过场景和相机的复杂数学和建模。

这一额外的计算处理能将人类从传统成像技术的枷锁中解放出来,有一天我们甚至不再需要传统意义上的相机了。相反,人类将使用几年前从未考虑过的光探测器。他们能做一些不可思议的事情,比如穿过浓雾、透视人体、甚至能够透视墙壁。

单像素相机

其中一个特别的例子就是单像素相机,它是基于一个简单的原理。传统的摄像使用许多像素来捕捉单一光源照亮的场景,但你也可以换一种方法,用单一像素捕捉多光源照射下的场景。

要做到这一点,你需要一个可控光源,比如一个简单的投影仪,它可以在一个时间点或一系列不同的模式下照亮场景。对于每个照明点或模式,你需要测量反射的光量,再加上你需要的东西来创造最终的图像。

显然,这种摄像方式的缺点就是你必须发送大量的照明电或照明模式,以便形成一个图像(传统镜头只需按一次快门即可),但是这种摄像技术能给你其他相机无法实现的功能。

这些摄像机可以在浓雾或者大雪中拍摄照片。他们也可以模仿一些动物的眼睛,并根据场景中的内容自动增加图像的分辨率。它也可以从那些从未与我们想要拍摄的物体相互作用的光粒子中捕捉图像。这是应用了“量子纠缠”的概念:即使两个粒子相距很远,它们之间以某种方式连接,无论其中一颗粒子发生何种情况,另一个粒子也会发生相应的情况。

多传感器成像

单像素成像技术是即将到来的相机革命中最简单的创造之一,它依赖于成像的传统观念。我们现在可以看到,人们对使用大量信息的系统感兴趣,但传统技术只是收集其中的一小部分。

我们可以使用包含多个探测器的传感器,这些探测器都指向同一场景。哈勃望远镜是这方面的一个开创性的例子,它产生的图片是由不同波长的不同图像组合而成的。现在这种技术的商业版本值日可待了。例如Lytro相机,它可以在同一传感器上收集光强度和光方向的信息,在拍摄图像后重新聚焦。

下一代相机很可能看起来就像L16轻型相机,它的特点是基于十多个不同传感器的突破性技术。他们的数据结合使用计算机提供了50Mb可重新聚焦和缩放的专业图像。这款相机的外观看起来像毕加索对智能手机中摄像头的诠释,简约又抽象。

然而,这只是迈向新一代相机的第一步,它将改变人类拍摄图像的方式。研究人员还在努力研究透雾、透墙、甚至在人体和大脑深处成像的问题。

所有这些技术都依赖于图像和模型的结合。这些模型解释了光是如何通过或围绕不同的物质来传播的。另一种技术是利用人工智能“学习”从数据中识别物体,这些技术的灵感来自于人类大脑的学习过程,并且很可能在未来的成像系统中扮演重要角色。

单光子和量子成像技术也逐渐成熟,他们可以以令人难以置信的低亮度和极快的速度拍摄到每秒万亿帧的图像。这足以捕捉到光本身在一个场景中移动的图像。

这些新技术还需要一定时间来实现。但我们知道,通过新技术和计算功能的巧妙结合,这些问题可以得到解决。

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