生物工程师造出仿生超级三维相机

来源：科技日报

科技日报北京8月15日电 （记者张梦然）美国加州大学洛杉矶分校的生物工程师开发了一类新的仿生3D相机系统，可模仿苍蝇的多视图视觉和蝙蝠的自然声呐感应，从而产生具有非凡深度范围的多维成像，还可以扫描盲点。在计算图像处理支持下，该相机可破译隐藏在角落或其他物品后面的物体的大小和形状。这一技术能集成到自动驾驶汽车或医学成像工具中，其传感能力远远超出当今最先进水平。这项研究发表在《自然·通讯》上。

蝙蝠可通过回声定位或声呐的形式将周围环境的画面形象化；昆虫的复眼则由数百到数万个单独的视觉单元组成，使其从多条视线看到同一事物成为可能。受到在苍蝇和蝙蝠中发现的这两种自然现象的启发，加州大学洛杉矶分校研究团队设计出一种高性能3D相机系统，该系统具有先进的功能，既能利用这些优势，又能克服自然界的缺点。

研究人员开发了一种全新的计算成像框架，首次通过简单的光学器件和少量传感器获得宽而深的全景视图。该框架被称为“紧凑型光场摄影”（CLIP），使相机系统能以扩展的深度范围“看到”物体周围。在实验中，研究人员证明该系统可“看到”传统3D相机无法发现的隐藏物体。

研究人员还使用了LiDAR（光检测和测距）技术，其中激光扫描周围环境以创建该区域的3D地图。没有CLIP的传统LiDAR能拍摄场景的高分辨率快照，但会像人眼一样错过隐藏的物体。

该阵列使用7个带CLIP的LiDAR摄像头，拍摄场景的低分辨率图像，处理单个摄像头看到的内容，然后在高分辨率3D成像中重建组合场景。研究人员展示了相机系统可对具有多个对象的复杂3D场景进行成像，这些对象都设置在不同的距离处。

研究人员称，CLIP帮助相机阵列以类似的方式理解隐藏的内容。结合激光雷达，该系统能够实现蝙蝠回声定位效果，因此可通过光线反射回摄像头所需的时间来感知隐藏的物体。

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蝙蝠有功能完备强大的回声定位系统，甚至能帮它分辨障碍物是昆虫还是树枝；而苍蝇的眼睛包括数千只小眼，帮它们眼观六路，获得全景视觉。这两套系统的精密与高效，也给了人类许多启发。这一次，科研人员将二者结合，开发出超级3D相机——不仅视野广阔，还能让人看到隐藏物体。而且，只需简单光学器件和少量传感器就可以做到。它也相当于一套先进的3D扫描系统，若集成到自动驾驶汽车和医学成像工具中，更能为两者的技术进步贡献不少力量。