我国科研团队在成像技术领域取得重大突破。中国科学院空天信息创新研究院张泽研究员团队首次实现像素 “分割” 成像,成功开发出超采样成像技术。
数字图像传感器的像素规模和性能,对天文、遥感等领域的图像成像质量起着核心作用。在当前的芯片制造水平下,数字图像传感器的像素分辨率和成像质量已接近极限,难以大幅提升。超采样成像技术的出现,为突破这一困境提供了新的途径。
超采样成像是一种能够突破像素分辨率极限,利用少数像素传感器实现大规模像素显像能力的技术。张泽研究员表示,这项技术能够绕过芯片制造水平的限制,为突破像素分辨率成像提供了一条稳定性很强的技术途径。
张泽团队开发的超采样成像技术,目前可以把像素规模提高 5×5 倍,即利用像素分辨率为 1000×1000 的数字图像传感器可以实现 5000×5000 像素分辨率的成像。并且随着标校精度的进一步提升,该像素分辨率还有进一步提升的空间。
目前,该技术已分别在室内、室外对无人机、建筑、高铁、月亮等目标进行了成像试验,显示了良好的技术稳定性。
二、超采样成像技术原理超采样成像技术是一种能够突破像素分辨率极限的创新技术。其原理主要是通过将像素 “分割”,大幅提升数字图像传感器的像素分辨率和成像质量。
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的过程,类似于传统胶卷。但人类制造的数字图像传感器在像素尺寸、数量规模和响应均匀性上远不及胶卷。依据当前制造水平,数字图像传感器的像素分辨率和成像质量难以大幅提升。而超采样成像技术则绕过了芯片制造水平的限制,为突破像素分辨率成像提供了有效途径。
具体来说,中国科学院空天信息创新研究院张泽研究团队采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关系,精确求解出了图像传感器像素内量子效率分布。当使用相机拍摄动态目标,或者移动相机拍摄静态场景时,利用获取的像素内量子效率和像素细分算法,即可以突破原始像素分辨率,实现超采样成像。
例如,原有像素是一个方块,通过超采样成像技术可以将像素分割,等效变成 25 个像素方块,对应着像素规模实现提升 25 倍。并且随着标校精度的进一步提升,像素分辨率还有进一步提升的空间。目前,该技术已分别在室内、室外对无人机、建筑、高铁、月亮等目标进行了成像试验,显示了良好的技术稳定性。
超采样成像技术在红外成像市场具有很大的应用发展潜力。以红外图像传感器为例,市场化的成像芯片分辨率一般在 2k×2k 以下,3k×3k、4k×4k 的成像芯片尚未有成熟的商用产品,而采用超采样成像技术则可以利用 2k×2k 芯片实现 8k×8k 以上的像素分辨率,在光学遥感、安防等成像领域具有广阔的应用前景。