像素可以分割了!我国科研人员首次实现超采样成像

xxn 阅读:89959 2024-11-28 00:01:15 评论:0

IT之家近期报道称,数字图像传感器(CCD、CMOS)的像素规模和性能直接影响着天文、遥感等领域的成像质量。目前,图像传感器芯片制造已经接近技术极限。

据中国科学院空天信息创新研究院官网消息,空天院张泽研究员团队首次成功开发出了一项名为超采样成像技术的创新,通过像素“分割”成像,成功提升了图像传感器的像素分辨率和成像质量。这一研究成果已经在《激光与光子学评论》杂志上发表。

超采样成像技术示意图

超采样成像是如何实现的?张泽介绍说,数字图像传感器的工作原理本质上是对光场进行采样显像,类似于传统胶卷。奈奎斯特采样定律规定,为不丢失信息,一个信息光场周期至少需要两个像素采样。因此,图像传感器的像素分辨率被限制为图像显示的细节极限。超采样成像技术则是利用少数像素传感器达到大规模像素显像的技术,从而突破像素分辨率的极限。

数字图像传感器取代胶卷后,成像技术长期受到传感器采样极限的困扰。数字图像传感器在像素尺寸、数量规模和响应均匀性上远远不及传统胶卷。目前的制造水平限制了数字图像传感器的像素分辨率和成像质量的大幅提升。超采样成像技术绕过了制造水平的限制,为实现像素分辨率成像提供了新的技术途径。

空天院科研团队利用稳态激光技术扫描数字图像传感器,通过稳态光场表达式和输出图像矩阵的关联,精确计算出图像传感器像素内量子效率分布。利用获取的像素内量子效率和像素细分算法,可以实现超采样成像。据介绍,稳态激光技术源于锋芒稳态激光技术,在原理上具有极稳定的光场形式。

超采样成像技术目前能够将像素规模提高 5×5 倍,即利用 1k×1k 的芯片实现 5k×5k 的像素分辨率成像。随着标定精度的提升,像素分辨率还有进一步的提升空间。张泽解释说,原有的一个像素可以分割成等效的 25 个像素,对应着像素规模提升了 25 倍。

这项技术具有巨大的应用前景。以红外图像传感器为例,市场上的成像芯片分辨率通常不超过 2k×2k,3k×3k、4k×4k 的商用产品还很少。而超采样成像技术却可以利用 2k×2k 芯片实现 8k×8k 以上的像素分辨率,在光学遥感、安防等领域有广阔的应用前景。

部分超采样成像效果对比图及相应的评价

目前,该技术已在室内、室外对无人机、建筑、高铁、月球等目标进行了成像试验,展现出较强的技术鲁棒性。

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