【新唐人北京时间2025年02月07日讯】许多昆虫都存在复眼，它能为昆虫提供更广范围的动态视野，为它们提供更好的躲避敌人和捕食的能力。韩国科学家通过模仿昆虫眼睛的视觉结构，开发了一款拥有超高帧率、高灵敏度的新型仿生相机。
传统的高速相机擅长捕捉快速运动，但其灵敏度会随着帧率增加而降低。其原因是快门速度增加时，可收集的光线也会随之减少。这使得高速和低光条件下，要得到高品质影像成为一项困难的挑战。
不过，科学家发现昆虫的复眼运作原理可能解决这些问题。原因是复眼是由许多的小眼组成，它可以同步检测快速移动的目标，以增强视觉灵敏度，还能通过整合接收讯号，让昆虫在低光条件下观测目标，有效觅食、导航和躲避威胁。
韩国科学技术院（KAIST）的研究人员受这些生物机制的启发，模仿昆虫眼睛的视觉结构，成功开发了一种低成本的高速仿生相机，并克服传统高速相机面临的帧率和灵敏度的限制。该研究于2025年1月发表在国际期刊《科学》上。
他们采用类似昆虫复眼的结构方法，让多个极小的光学通道进行讯号接收，从而获取不同时间的讯号，再将这些小讯号加总成一个大讯号。这种做法就是让光线的每帧快速重叠，积累成一个大画面，从而降低讯号杂讯和提高画面品质。
他们用此方法做出一台具有低杂讯、每秒捕捉9,120帧（fps）的能力，还能在低光条件下提供清晰影像的高速高灵敏度微透镜阵列相机（HS-MAC）。
HS-MAC相机内部有单一滚动式快门，快门后面有一块长10.5 mm、宽8.35 mm、厚度1.53 mm的互补式金属氧化物半导体（CMOS）作为影像感测器，而CMOS影像感测器上有1000多个微小的透镜组成透镜阵列（oMLA）。
HS-MAC相机使用“通道分割”技术，让CMOS影像感测器依照顺序快速曝光，以此实现在低光下提高相机整体的帧率。当相机得到这些高帧率的影像后，只需要用“压缩影像恢复”的演算法，就能消除帧率积累造成的影像模糊问题，让影像变清晰，以利于人们进行观看和使用。
实验人员将HS-MAC相机与另一款传统的高帧率超薄微透镜阵列相机（MAC）进行比较，HS-MAC相机最高帧率（9,120fps）达到MAC最高帧率（480fps）的19倍，影像品质和画质清晰度也比MAC还要好。
之后实验人员将这款HS-MAC相机进行实际运用，用它来拍摄低光（0.88流明）的火焰晃动模样。结果显示，HS-MAC相机在距离火焰20公分处精准清晰的拍出火焰晃动规律，还拍摄到火焰被夹断的快速变化过程。
此外，研究团队还计划扩展这项技术，开发用于3D成像和超解析度成像的先进影像处理演算法，旨在应用于生物医学成像、智慧型手机、无人机或汽车等其它影像应用上。
实验人员表示，他们会继续改进HS-MAC相机性能，包括改进光学设计或计算校正，改善相机在过近拍摄时造成的影像扭曲（畸变）问题（光学透镜经常出现的问题），同时希望可以降低相机“压缩影像恢复”的计算成本，让它能够拍出更清晰、更高解析度的影像。
韩国科学技术院生物与脑工程系博士生、该研究的第一作者金贤庆（Hyun-Kyung Kim）对该校的新闻室表示，“我们通过实验验证这种受昆虫复眼启发的相机，可以在高速和低光条件下拍出清晰的照片。该相机尺寸小巧和便捷，正是为了全监控、医学成像等多种应用而存在。”
这项研究得到了韩国国防采购计划管理局（DAPA）国防技术规划和发展研究院（KRIT）、科学和资讯通讯技术部及贸易、工业和能源部（MOTIE）的支持。
（转自大纪元/责任编辑：叶萍）
