韓國科學(xué)技術(shù)院的 Ki-Hun Jeong 教授和 Min H. Kim 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組利用生物啟發(fā)，創(chuàng)造了一種新型相機，它可以模仿昆蟲眼睛的視覺結(jié)構(gòu)，并能以高靈敏度進行超高速成像。這項研究發(fā)表在《科學(xué)進展》（Science Advances）雜志上。

昆蟲的復(fù)眼可以同時探測到快速移動的物體，并在弱光環(huán)境下通過整合時間信息來確定運動，從而提高靈敏度。受到這些生物現(xiàn)象的啟發(fā)，KAIST 的研究人員成功地制造出了一種低成本高速相機，克服了傳統(tǒng)高速相機的幀頻和靈敏度限制。

在高速、低照度條件下實現(xiàn)高質(zhì)量成像是許多應(yīng)用領(lǐng)域面臨的重要挑戰(zhàn)。雖然傳統(tǒng)的高速相機擅長捕捉快速運動，但其靈敏度會隨著幀頻的提高而降低，因為可用于收集光線的時間會減少。

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A.復(fù)眼昆蟲的視覺；B.高速、高靈敏度微透鏡陣列相機 （HS-MAC）。

為了解決這一難題，研究團隊采用了一種類似于昆蟲視覺的方法，其中涉及多個光學(xué)通道和時間相加。與標(biāo)準(zhǔn)單眼相機系統(tǒng)不同，受生物啟發(fā)的相機具有類似復(fù)眼的結(jié)構(gòu)，能夠同時獲取不同時間段的圖像。

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高速和微光成像的實驗演示

這種技術(shù)能在每個幀的重疊時間段內(nèi)累積光線，從而提高信噪比。研究人員證明，他們的生物啟發(fā)相機可以識別比傳統(tǒng)高速相機檢測到的物體暗40倍的物體。

研究小組還開發(fā)了一種 “通道分割 ”方法，大大提高了相機的速度，其幀頻比包裝用圖像傳感器快數(shù)千倍。此外，他們還采用了一種 “壓縮圖像復(fù)原 ”技術(shù)，以消除幀整合引起的模糊，并重新生成清晰的圖像。

由此產(chǎn)生的生物啟發(fā)相機厚度不到一毫米，非常微小。它每秒可采集 9120 幀圖像，在弱光環(huán)境下也能拍攝出清晰的照片。

研究小組打算將這項技術(shù)擴展到三維和超分辨率成像的高級圖像處理算法，并應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)成像、移動設(shè)備和其他各種相機技術(shù)。

第一作者，韓國科學(xué)技術(shù)院博士生Hyun-Kyung Kim說：“我們已經(jīng)通過實驗驗證了受昆蟲眼睛啟發(fā)的照相機雖然體積小，但在高速和弱光成像方面性能卓越。這種相機為便攜式攝像系統(tǒng)、安全監(jiān)控和醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域的多種應(yīng)用提供了可能性�！�

本研究得到了韓國國防技術(shù)規(guī)劃和推進研究院（KRIT）、韓國科學(xué)和信息通信技術(shù)部（Ministry of Science and ICT）以及韓國貿(mào)易、工業(yè)和能源部（Ministry of Trade, Industry, and Energy）的資助。

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