今天小編分享的科技經驗：像素可以分割了！我國科研人員首次實現超采樣成像，歡迎閲讀。
IT 之家 11 月 27 日消息，數字影像傳感器（CCD、CMOS）的像素規模和性能是影響天文、遙感等領網域成像質量的核心。目前，影像傳感器芯片制造已趨近技術極限。
IT 之家從中國科學院空天信息創新研究院官網獲悉，空天院張澤研究員團隊首次實現像素 " 分割 " 成像，成功開發出超采樣成像技術，該技術能夠顯著提升影像傳感器的像素分辨率和成像質量。相關研究成果發表于《激光與光子學評論》雜志。
圖為超采樣成像技術流程示意圖
什麼是超采樣成像？空天院團隊負責人、研究員張澤説，數字影像傳感器的工作原理本質上對光場進行采樣顯像的過程，類似于傳統的膠卷。根據奈奎斯特采樣定律，一個信息光場周期至少需要兩個像素采樣才能不丢失信息，因此影像傳感器的像素分辨率是影像顯示的細節極限。超采樣成像是突破像素分辨率極限，利用少數像素傳感器實現大規模像素顯像能力的技術。
自從數字影像傳感器取代膠卷以來，成像技術一直受傳感器采樣極限的困擾。人類制造的數字影像傳感器（最小感光單元為像素）在像素尺寸、數量規模和響應均勻性上遠不及膠卷（最小感光單元為滷化銀分子）。依據當前的制造水平，數字影像傳感器的像素分辨率和成像質量難以大幅提升。超采樣成像技術繞過了芯片制造水平的限制，為突破像素分辨率成像提供了一條魯棒性很強的技術途徑。" 魯棒性指的是在面對内部結構或外部環境改變時，仍然能夠維持其功能穩定運行的能力。超采樣成像技術具備這樣的穩定性。" 張澤介紹道。
在實現原理上，空天院科研團隊采用穩态激光技術掃描數字影像傳感器，通過穩态光場表達式和輸出影像矩陣的關聯關系，精确求解出了影像傳感器像素内量子效率分布。當使用相機拍攝動态目标，或者移動相機拍攝靜态場景時，利用獲取的像素内量子效率和像素細分算法，即可以突破原始像素分辨率，實現超采樣成像。據悉，穩态激光技術是由該團隊首創的鋒芒穩态激光技術演化而來，在原理上具有極穩定的光場形式。
超采樣成像技術目前可以把像素規模提高 5×5 倍，即利用 1k×1k 的芯片可以實現 5k×5k 像素分辨率的成像。并且随着标校精度的進一步提升，像素分辨率還具有進一步的提升空間。張澤科普地介紹，打個比方，原有像素是一個方塊，通過該技術可以将像素分割，等效變成 25 個像素（方塊），對應着像素規模提升了 25 倍。
該項技術具有很大的應用發展潛力。以紅外影像傳感器為例，市場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產品，而采用超采樣成像技術則可以利用 2k×2k 芯片實現 8k×8k 以上的像素分辨率，這在光學遙感、安防等成像領網域具有廣闊的應用前景。
圖為部分超采樣成像效果對比圖及相應的定量評價，HSI 為研究團隊實驗效果
目前，該技術已分别在室内、室外對無人機、建築、高鐵、月亮等目标進行了成像試驗，顯示了良好的技術魯棒性。
