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五亿级像素的照片长啥样?复旦专家高能用研究告诉你
2019-11-11 07:30:45 来源: 康二罗硷新闻网

“从上海市中心合适的位置,可以清楚地看到外滩人流的细节。”复旦大学微电子学院的曾晓阳教授“吹嘘”的不是望远镜或相机,而是由他领导的团队独立开发的5亿像素云相机系统。在过去的几天里,基于该系统开发的5亿像素智能视频监控摄像机在2019年中国国际工业博览会上亮相。

如今,先进的单反相机和手机纷纷把1000万像素的摄影功能作为卖点,图像的描绘也非常细致。一台5亿像素的照相机会是什么样子?你知道,人眼能够分辨的极限像素是1.2亿,而5亿级的超高像素意味着相机能够捕捉极其详细的图像细节。即使在能容纳数万人的大型体育场,拍摄全景照片也能获得每个人脸的清晰图像。在人工智能的帮助下,摄像机还可以检测和识别目标,如具有大量数据的人脸,并立即发现特定的目标。

这种不寻常的“高能”照相机如果拍摄广泛、清晰和准确,将会更新人们对传统照相机的理解。

打破这种模式,你不用聚焦就能看得很清楚。

据了解,“5亿台相机”开发团队是一个集团军,复旦大学微电子学院副教授范一波担任图像、智能和电子系统技术负责人,长春光学研究所研究员黄伟担任光学和机械系统技术负责人,复旦大学微电子学院副研究员荆明阁担任图像算法技术负责人。

为了使物体成像清晰,传统相机的调焦操作是必不可少的关键环节。“对于传统相机来说,清晰地看到和广泛地看到是一对矛盾。例如,如果将2000万像素分配给10000人,那么每幅肖像只有20个像素,因此不可能清楚地看到人类目标。”曾晓阳说,在现有的相机条件下,看得清楚、看得远、看得广是矛盾的。“但是如果相机有2亿、5亿或10亿像素呢?那么即使是10万人也能拍出好照片。”

“超远距离拍摄”、“超高清细节”和“超快成像”是必须同时满足的三个条件,首先要大大提高相机的像素。你不用聚焦就能拍得很清楚。5亿像素云相机系统的出现从技术层面打破了传统的摄影规则,实现了“不可能”。

几年前,世界上第一台1亿像素照相机在国外开发。“阵列外拼接成像原理”应用于1000万像素照片的软件拼接。cmos图像传感器以阵列模式分布,交错排列且彼此互补。最后,通过后续的软件图像拼接得到完整的大视场超高分辨率视频和图像。然而,高像素光学透镜的阵列布置极大地增加了相机体积。“沿着这条路线,当像素级别提高到5亿时,特别是当需要视频图像时,摄像机系统将变得非常大,实时视频拼接基本上是不可能的。”曾晓阳认为,这一计划的潜力有限,“不远”。

范一波副教授站在十亿级像素显示系统平台前。

硬件升级,芯片创新实现颠覆性变革

经过长期研究,复旦研究集团实施了一项创新的1亿像素成像技术。“这也是拼接成像原理,但我们使用了创新的同心复合尺度光学成像方案,将阵列式光学成像透镜大大减少到‘一个’,并使用两级光谱成像对多个cmos图像传感器成像。”这样,对分束系统的精度也提出了很高的要求。不同的光路用于对目标成像。如果精确度“在一英里的几分之一内”,拼接图像将“大到一英里”

除了超高分辨率的照片,对于这款高性能的云相机,同样分辨率的实时视频也是不可能的。实时视频要求摄像机更高的计算速度和操作效率:每一次成像都是通过高精度无缝拼接上亿张图片来实现的,而连续视频每秒应该有25帧,这相当于在一秒钟内重复拼接成像过程至少25次。显然,在这种情况下,相机系统的计算量太大,人们无法想象。目前,该团队开发的35亿像素云相机系统已经实现了“同心复合尺度光学成像”和“硬件十亿像素实时视频图像拼接”。10亿像素及以上的云相机系统的关键技术也处于解决关键问题的状态。

“平时,应用程序上的视频分辨率通常为1080像素。svip可以看到4k高清,但它不能以高分辨率看到,网络带宽跟不上它。我们云相机的像素分辨率是5亿,是4 K的100倍。”

“超高分辨率也意味着超大量的数据,但是无线传输系统的数据带宽已经成为一个瓶颈问题。解决这个问题的办法是及时在超高清图像中找到感兴趣的目标部分。”曾晓阳表示,为了减少要传输的数据量,提高传输效率,有必要提高摄像系统实时识别目标以及智能搜索、锁定和识别特定目标的能力。“就像仓库里的一粒谷物是坏的。我们想找出坏谷物。这太难了,所以我们需要聪明的方法。”缩小范围,然后在特定区域传输特定目标的相关图像要容易得多。"远见和准确性都是必需的."

目前,“全球首个海量数据视频图像硬件拼接专用芯片”和“人工智能处理硬件加速引擎专用芯片”是曾晓阳团队拥有“独特武器”的两个独立创新芯片,使一个5亿像素的云相机系统能够拍摄照片和视频,并“拥有准确的定时”。“功耗的降低和尺寸的减小完全取决于芯片技术。制作上述两个芯片是实现整个系统技术突破的核心。”曾晓阳表示,这也是复旦大学承担该项目的主要原因,也是我国专用集成电路与系统国家重点实验室的使命。

值得注意的是,由于“超长距离”和“高清成像”的特点,超高像素云相机的出现也需要后续相关法律法规,以保护个人隐私。“大量视频图像数据的采集必须受到监督,毕竟,在强大的安全性和个人隐私保护之间存在平衡。”研究小组的负责人说。

今天,35亿像素的云相机已经投入工业生产。作为5亿像素相机的“探路者”和“实验场”,它们在各个相关领域都处于领先地位。

总编辑:徐瑞哲文字编辑:彭德谦图片编辑:邵静

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