还能安心洗个澡吗?未来手机相机能“穿透”墙壁

据《每日邮报》网站报道,目前智能手机相机难以置信的能力,可能给我们留下了深刻印象。但成像专家称,与即将问世的新技术相比,这压根儿不算什么。

研究人员声称,在激光帮助下,未来的相机能够“穿透”墙壁,可能催生新一代“间谍手机”。

格拉斯哥大学量子技术教授丹尼尔·法乔(Daniele Faccio)和赫瑞瓦特大学工程和物理科学学院院长史蒂文·麦克劳克林(Stephen McLaughlin),研究了可能为更大的相机技术革命奠定基础的技术。

我们可能对购买的最新款智能手机的相机技术非常满意,它们能识别人脸,拍摄超高分辨率的慢动作视频。但这些技术,只是正在酝酿中的更大相机技术革命的开始。

最新的相机研究,正在由增加像素数量转向融合相机数据与计算过程。我们指的并不是P图——在照片上增添效果和滤镜,而是一种全新的方法,输入数据看起来完全不像是图像。

只有在经过一系列计算步骤后,它才会成为图像,这些步骤通常涉及复杂的数学运算,并模拟光线在场景或相机中的传播。这些额外的计算过程神奇地使我们摆脱了传统成像技术的束缚。

未来,我们可能甚至不再需要传统意义上的相机。相反,我们将使用光探测器——就在数年前我们还不会考虑把它们用于拍摄照片。它们将能够完成令人难以置信的功能,例如穿透浓雾、看清人体内的五脏六腑,甚至看清墙壁后面的事物。

单像素相机

一个极端的例子是单像素相机——依赖于一种非常简单的原理。典型的相机使用大量像素(微型传感器元件)对一个场景——可能由单个光源照亮——拍照。

但我们也可以反其道而行之,利用一个像素捕获来自多个光源的信息。为此,我们需要一个可控的光源,例如一次照亮场景中一个地点,或根据一系列不同图案照亮场景的数据投影仪。

对于每个照亮的地点或图案,我们可以测量反射光,把所有点的读数综合起来,形成最终的图像。

《每日邮报》表示,很显然,以这种方式拍照的劣势是,为了生成一幅图像,我们必须处理大量的照明点或图案。

但是,这种成像方式,将使我们能开发看起来似乎是完全不可能的相机,例如,利用不可见光成像的相机。这些相机可以用来透过浓雾或厚厚的积雪拍照。它们能模拟部分动物的眼睛,根据场景中的物体自动提高照片分辨率(拍摄的照片的细节丰富程度)。

它甚至能利用从未与我们希望拍摄的物体相互作用的光粒子拍摄照片。这种成像方式利用了“量子纠缠”概念,即两个粒子可能以某种方式发生联系,即使它们之间距离非常遥远,一个粒子状态发生变化时,另外一个粒子状态也会发生相应变化。

在观看有光亮时属性可能改变的物体——例如眼睛——时,这可能会产生有趣的可能性。例如,视网膜在黑暗和光亮中看起来是否相同?

多传感器成像

单像素成像只是未来相机技术领域最简单的创新之一,从表面上来看依赖于传统的成像概念。

但是,那些使用了大量信息、但传统技术只能收集其中少量信息的系统,引起了我们的极大兴趣。这将是多传感器成像技术的用武之地,多传感器成像技术即利用多个不同的探测器指向同一个场景。哈勃望远镜就是应用这一技术的一个开创性例子,它生成的照片,是由利用不同波长的波拍摄的许多不同照片综合而成的。

但是,现在我们可以购买到这种技术的商品化版本,例如光场相机,它收集同一传感器上的光强度和方向的信息,以生成在拍摄之后可以重新对焦的照片。

下一代相机可能看起来与Light L16相机——采用基于十多个不同传感器的突破性技术——相似。它们的数据由计算机进行处理,生成一个可以重新对焦、变焦、文件大小为50MB的专业级照片。

《每日邮报》称,然而,这些只是迈向新一代相机的前几步,新一代相机将改变我们对相片的认识和拍照方式。

研究人员还在努力解决穿过浓雾、透过墙壁,甚至对人体和大脑内部拍摄照片的问题。所有这些技术依赖于综合照片以及解释光线在不同物质中传播的模型。

取得进展的另外一种有趣的方法,依靠人工智能“学习”从数据中识别图像。这些技术受到了大脑学习过程的启发,将在未来的成像系统中发挥重要作用。

单光子和量子成像技术也正在日趋成熟,它们可以在令人难以置信地低的光照下拍摄照片,并以令人难以置信的速度拍摄视频,帧率可以达到每秒1万亿帧。这样的速度甚至足以拍摄光本身在场景中传播的照片。

部分应用可能还需要一段时间的开发才能投入使用,但我们现在知道,基础物理使得我们能通过聪明地结合新技术和计算技术,解决这些和其他问题。

据说喜欢分享的,后来都成了大神:爱玩手机网 » 还能安心洗个澡吗?未来手机相机能“穿透”墙壁

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