仿昆虫复眼：超高速相机每秒能拍近万帧图像

昆虫即使在弱光条件下也能表现出极其优秀的敏捷性和反应能力。秘密在于它们的复眼能以惊人的速度和灵敏度检测运动。韩国科学技术院研究人员模仿这一现象，开发出了一种克服传统高速相机局限，可实现超高速成像的相机。研究成果发表在最新一期《科学进展》杂志上。

这款相机外形纤薄，厚度不到1毫米，因此可轻松集成到各种系统中。它能够以每秒9120帧的速度进行拍摄，即使在光线较暗的环境下也能拍摄出清晰图像，其性能堪比昆虫复眼。

昆虫的眼睛由许多称为小眼的微小单元组成，每个小眼都独立运作。这使它们能同时处理来自视野不同方位的信息。这种并行处理能力使昆虫能检测和跟踪快速移动的物体，例如猎物或捕食者。在弱光条件下，昆虫的眼睛通过延长光信号的整合时间来增强敏感性。

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高速、高灵敏度的仿生相机，封装在图像传感器中。它足够小，可以戴在手指上，厚度不到 1 毫米。

传统高速相机虽然能够很好地捕捉快速运动，但随着每秒捕捉帧数的增加，其在昏暗光线下的“视力”会下降。这是因为每帧用于收集光线的时间减少了。

为了解决这一问题，研究团队采用了一种与昆虫视觉类似的方法，利用多个光学通道和时间累加技术。与传统单目相机不同，这款受生物启发的相机采用了类似复眼的结构，能从不同的时间间隔并行获取帧信息。在这个过程中，每帧图像都会在重叠的时间段内积累光线，从而提高了信噪比。这款仿生相机能捕捉更暗的物体，其可捕捉物体的暗度极限是传统高速相机的1/40。

研究团队还引入了一种“通道分割”技术，显著提升了相机的速度，使其帧率比封装中所用图像传感器支持的帧率快数千倍。此外，他们还采用了“压缩图像复原”算法，以消除帧整合引起的模糊，并重建清晰图像。

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