日本研究出复眼照相机 可从图像中剥离出三维信息

一种全新的超薄型照相机可以从图像中剥离出三维信息并辨别出特定对象。



大阪大学的研究人员们已经开发出一款超薄型照相机，那款照相机可以测定一幅图像中不同对象之间的距离然后辨认出各个对象的颜色和其他结构特征。实际上，由Jun  Tanida领导的这个研究组已经开发出一套综合性硬件和软件系统，利用这套系统可以辨别出图像中的不同对象，重组三维图像。  



Tanida说，他深入研究了生物学成像系统尤其是某些昆虫的复眼，并因此得到启发确定了设计的蓝图。这项名为TOMBO（复合光学细微观测模块）的技术实际上是由九块很小的透镜组成的透镜组和模仿昆虫辨别对象的空间、形状和颜色等特征的过程来分析图像的软件组成。  研究人员们将TOMBO技术的硬件集合在一个衬衫纽扣那么大的小盒子里。在如今的移动设备变得越来越小和越来越薄的时代，这样一款复眼照相机可以给手机增加强大的拍照和图像辨别功能。  



麻省理工学院的电机工程学教授Frédo  Durand说，这款照相机背后的基本原理并不是什么新事物。多年以来，研究人员们一直在不断测试在照相机中采用复眼透镜来提高成像的分辨率。  Durand教授说，大阪大学的研究人员们与这片研究领域的其他人不同，他们将重点集中在开发尽可能小巧的设备以便它可以应用于各种对尺寸有严格要求的特殊应用领域。Durand说，比如一款象TOMBO照相机这样的轻薄型图像辨认系统可以安装在飞机机翼上用来监控目的地。



这项技术背后的基本思想是利用多个透镜来从不同的角度捕获某个图像的信息，就象我们的双眼从不同的两点来观察对象以确定对象的空间位置一样。人眼观察事物的相对角度与对象跟人眼之间的距离有关。  另外，对象的颜色和形状也会因双眼观察它的角度和距离以及光源的位置而存在细小的差异。实际上，我们的大脑会比较双眼输入的信息以确定对象与眼睛之间的距离、它的颜色和形状以及其他一些特征。  



Tanida说，图像识别算法中就应用了相同的原理。软件可以将九个透镜获得的影像分开，清楚阴影，对图像变形进行补偿修复，然后重新将像素映射到一个二维图像上。  Tanida解释说，重新映射过程中的累计误差可以被用来确定对象的距离、颜色和形状，这样就可以在全三维模式下重建图像，还可以用于图像识别。  



杜克大学电机工程学教授Dave  Brady说，他认为Tanida的系统非常有用。虽然其中的某些技术比如光学配置和分析对象的某些算法等并非什么全新的技术，但是Tanida的研究组将它们整合在一个小巧的盒子里，可以广泛应用于手机扫描仪到汽车导航系统等各种应用领域。  Brady说：“这项创新更倾向于光学设计和集成方面的创新。”  



Tanida承认，TOMBO照相机的图像质量现在只有110万像素，还需要进一步改进，改进的主要方法是改变图像处理算法和增加透镜数量。而且他还说，考虑到这款照相机将因为哪些领域而优化也非常重要。  比如，停车场的监控照相机也许只需要较低的分辨率就行了，在这种情况下，照相机就只能配备较少的透镜。然而，军事用途可能会对照相机的分辨率提出较高要求，这样照相机配备的透镜数量就相应更多一些。