科學(xué)家開發(fā)出高性能3D相機(jī)系統(tǒng) 可模仿蒼蠅和蝙蝠的自然聲吶

美國加州大學(xué)洛杉磯分校的生物工程師開發(fā)了一類新的仿生3D相機(jī)系統(tǒng)，可模仿蒼蠅的多視圖視覺和蝙蝠的自然聲吶感應(yīng)，從而產(chǎn)生具有非凡深度范圍的多維成像，還可以掃描盲點(diǎn)。在計算圖像處理支持下，該相機(jī)可破譯隱藏在角落或其他物品后面的物體的大小和形狀。這一技術(shù)能集成到自動駕駛汽車或醫(yī)學(xué)成像工具中，其傳感能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)今最先進(jìn)水平。這項研究發(fā)表在《自然·通訊》上。

蝙蝠可通過回聲定位或聲吶的形式將周圍環(huán)境的畫面形象化;昆蟲的復(fù)眼則由數(shù)百到數(shù)萬個單獨(dú)的視覺單元組成，使其從多條視線看到同一事物成為可能。受到在蒼蠅和蝙蝠中發(fā)現(xiàn)的這兩種自然現(xiàn)象的啟發(fā)，加州大學(xué)洛杉磯分校研究團(tuán)隊設(shè)計出一種高性能3D相機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有先進(jìn)的功能，既能利用這些優(yōu)勢，又能克服自然界的缺點(diǎn)。

研究人員開發(fā)了一種全新的計算成像框架，首次通過簡單的光學(xué)器件和少量傳感器獲得寬而深的全景視圖。該框架被稱為“緊湊型光場攝影”(CLIP)，使相機(jī)系統(tǒng)能以擴(kuò)展的深度范圍“看到”物體周圍。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員證明該系統(tǒng)可“看到”傳統(tǒng)3D相機(jī)無法發(fā)現(xiàn)的隱藏物體。

研究人員還使用了LiDAR(光檢測和測距)技術(shù)，其中激光掃描周圍環(huán)境以創(chuàng)建該區(qū)域的3D地圖。沒有CLIP的傳統(tǒng)LiDAR能拍攝場景的高分辨率快照，但會像人眼一樣錯過隱藏的物體。

該陣列使用7個帶CLIP的LiDAR攝像頭，拍攝場景的低分辨率圖像，處理單個攝像頭看到的內(nèi)容，然后在高分辨率3D成像中重建組合場景。研究人員展示了相機(jī)系統(tǒng)可對具有多個對象的復(fù)雜3D場景進(jìn)行成像，這些對象都設(shè)置在不同的距離處。

研究人員稱，CLIP幫助相機(jī)陣列以類似的方式理解隱藏的內(nèi)容。結(jié)合激光雷達(dá)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)蝙蝠回聲定位效果，因此可通過光線反射回攝像頭所需的時間來感知隱藏的物體。

總編輯圈點(diǎn)：

蝙蝠有功能完備強(qiáng)大的回聲定位系統(tǒng)，甚至能幫它分辨障礙物是昆蟲還是樹枝;而蒼蠅的眼睛包括數(shù)千只小眼，幫它們眼觀六路，獲得全景視覺。這兩套系統(tǒng)的精密與高效，也給了人類許多啟發(fā)。這一次，科研人員將二者結(jié)合，開發(fā)出超級3D相機(jī)——不僅視野廣闊，還能讓人看到隱藏物體。而且，只需簡單光學(xué)器件和少量傳感器就可以做到。它也相當(dāng)于一套先進(jìn)的3D掃描系統(tǒng)，若集成到自動駕駛汽車和醫(yī)學(xué)成像工具中，更能為兩者的技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)不少力量。