像素可以分割！中国研究人员首次实现超采样显像

IT 世家 11 月 27 每日消息，数字图像传感器（CCD、CMOS）在天文、遥感等领域，像素的大小和性能是决定成像质量的关键。当前，图像传感器芯片制造已经接近技术极限。

IT 从中国科学院空天信息创新研究院官网获悉，空天院张泽研究员团队首次实现了像素“分割”显像，成功开发了超采样成像技术。该技术可以显著提高图像传感器的像素分辨率和成像质量。《激光与光子学评论》杂志上发表了相关研究成果。

图示超采样成像技术流程示意图

什么是超采样显像？空天学院团队负责人和研究人员张泽表示，数字图像传感器的工作原理与传统胶片类似，实际上是采样和显示光场的过程。根据奈奎斯特的采样规律，一个信息光场周期至少需要两个像素来采样，以避免信息丢失，因此图像传感器的像素分辨率是图像显示的细节极限。超采样显像是一种利用少数像素传感器突破像素分辨率极限，实现大型像素显像能力的技术。

自数字图像传感器取代胶片以来，成像技术一直受到传感器取样极限的困扰。在像素尺寸、数量规模和响应均匀性方面，人类制造的数字图像传感器(最小感光模块为像素)远不及胶片(最小感光模块为卤化银分子)。数字图像传感器的像素分辨率和成像质量很难根据目前的制造水平大大提高。超采样成像技术绕过了芯片制造水平的限制，为突破像素分辨率显像提供了一种鲁棒的技术途径。“鲁棒性是指在面对内部结构或外部环境变化时，仍能保持其功能稳定运行的能力。超采样成像技术具有这种稳定性。“张泽介绍道。

空天院科研团队在推广原则上选择稳态激光技术扫描数字图像传感器，通过稳态光场关系与输出图像矩阵的关联，准确解决图像传感器像素中的量子效率分布。使用摄像机拍摄动态目标，或移动摄像机拍摄静态场景时，使用获得的像素内量子效率和像素细分算法，可以突破原始像素分辨率，实现超采样显像。据报道，稳态激光技术是由该团队首创的光稳态激光技术演变而来，原则上具有极其稳定的光场模式。

目前，超采样成像技术可以提高像素规模 5×5 倍，即利用 1k×1k 可以实现芯片 5k×5k 像素分辨率的显像。随着标准学校精度的进一步提高，像素分辨率也有进一步提高的空间。张泽科普介绍，比如原来的像素是一个方块，像素可以通过这种技术分割成等效。 25 一个像素(方块)，相应地提高了像素的规模。 25 倍。

该技术具有很大的应用发展前景。例如，市场化的显像芯片分辨率一般在红外图像传感器中。 2k×2k 以下，3k×3k、4k×4k 在使用超采样成像技术的同时，显像芯片还没有成熟的商品。 2k×2k 芯片实现 8k×8k 上述像素分辨率，在光学遥感、安全等显像领域具有广阔的应用前景。

图片显示了部分超采样成像效果对比图和相应的定量评估，HSI 研究团队测试的效果

当前，无人机、建筑、高铁、月亮等目标已分别在室内、室外进行显像试验，显示出良好的技术鲁棒性。

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