受昆虫复眼启发！新型微透镜阵列相机可超高速成像

韩国科学技术院的 Ki-Hun Jeong 教授和 Min H. Kim 教授领导的研究小组利用生物启发，创造了一种新型相机，它可以模仿昆虫眼睛的视觉结构，并能以高灵敏度进行超高速成像。这项研究发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。

昆虫的复眼可以同时探测到快速移动的物体，并在弱光环境下通过整合时间信息来确定运动，从而提高灵敏度。受到这些生物现象的启发，KAIST 的研究人员成功地制造出了一种低成本高速相机，克服了传统高速相机的帧频和灵敏度限制。

在高速、低照度条件下实现高质量成像是许多应用领域面临的重要挑战。虽然传统的高速相机擅长捕捉快速运动，但其灵敏度会随着帧频的提高而降低，因为可用于收集光线的时间会减少。

图片:搜狗截图20250117102559.png

A.复眼昆虫的视觉；B.高速、高灵敏度微透镜阵列相机 （HS-MAC）。

为了解决这一难题，研究团队采用了一种类似于昆虫视觉的方法，其中涉及多个光学通道和时间相加。与标准单眼相机系统不同，受生物启发的相机具有类似复眼的结构，能够同时获取不同时间段的图像。

图片:sciadv.ads3389-f4.jpg

高速和微光成像的实验演示

这种技术能在每个帧的重叠时间段内累积光线，从而提高信噪比。研究人员证明，他们的生物启发相机可以识别比传统高速相机检测到的物体暗40倍的物体。

研究小组还开发了一种 “通道分割 ”方法，大大提高了相机的速度，其帧频比包装用图像传感器快数千倍。此外，他们还采用了一种 “压缩图像复原 ”技术，以消除帧整合引起的模糊，并重新生成清晰的图像。

由此产生的生物启发相机厚度不到一毫米，非常微小。它每秒可采集 9120 帧图像，在弱光环境下也能拍摄出清晰的照片。

研究小组打算将这项技术扩展到三维和超分辨率成像的高级图像处理算法，并应用于生物医学成像、移动设备和其他各种相机技术。

第一作者，韩国科学技术院博士生Hyun-Kyung Kim说：“我们已经通过实验验证了受昆虫眼睛启发的照相机虽然体积小，但在高速和弱光成像方面性能卓越。这种相机为便携式摄像系统、安全监控和医学成像等领域的多种应用提供了可能性。”

本研究得到了韩国国防技术规划和推进研究院（KRIT）、韩国科学和信息通信技术部（Ministry of Science and ICT）以及韩国贸易、工业和能源部（Ministry of Trade, Industry, and Energy）的资助。

相关链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.ads3389