日立开发出无镜片超薄摄像头,处理量降至1/300

2016-11-180阅读0

  日立制作所面向该公司推进的社会创新业务,开发出了一种可实现摄像头小型化和低成本化的全新图像传感技术。该公司的目标是,在更多的场所拍摄影像并取数据,利用AI(人工智能)等进行分析,作为有价值的信息加以利用。

  

试制机(中间)和处理用个人电脑

  适合车载和监控摄像头用途

  此次开发的技术将现有的图像传感器与图像数据的运算组合到一起,无需光学镜头,而是使用数十μm厚的薄膜来代替镜头。该薄膜上印刷了同心圆图案,结合运算处理来代替镜头工作。该技术可以省去占到摄像头尺寸和成本过半的镜头,因此可以实现小型化和低成本化。尤其是监控摄像头和汽车等用途,为了在昏暗环境下也能看清而使用大型图像传感器时,这种技术特别有效。面向大型传感器,可以利用较薄的薄膜来代替大直径且较厚(多层镜片)的镜头。图像传感器表面与薄膜的距离为1mm左右,与使用传统镜片相比,可大幅削减厚度。

  

超薄摄像头(从顶部拍摄)

  拍摄后可以在任意位置对焦。这是利用从图像传感器透过薄膜获取的数据来复原图像的运算实现的。该公司的无镜片相机采用了“摩尔纹”成像的原理。一般情况下,摩尔纹是将印刷有同心圆图案的2片薄膜以一定距离重叠,使光透薄膜生成的。成像的无数个光点各自都会对摩尔纹的间距和方向带来影响。通过对摩尔纹进行二维傅里叶变换,可恢复光的位置等。

  

图像传感器前设置的薄膜

  后期对焦

  在此次的新技术中,用图像处理代替了2片薄膜中靠近图像传感器的一片。也就是说,将1片膜片以距离图像传感器1mm左右的间隔进行配置,另1片薄膜实际上是不存在的,而是将同心圆图案与拍摄的数据重叠来发挥作用。通过对摩尔纹进行傅里叶变换来复原原始图像时,在图像传感器表面,2层同心圆图案的直径需保持一致,这会根据距离对象物体的远近发生改变。保持一致时,摩尔纹为直线,不一致时为弯曲。这项新技术利用图像处理来改变同心圆图案的直径,以寻找可使获得的摩尔纹变成直线的点。这个点就处于对焦状态。出于这一原理,任意位置的光只要使摩尔纹变成直线,就表示焦点对准了这个位置。

  

无镜片摄像头的构成

  

生成摩尔纹

  此次的方法采用了二维傅里叶变换这种高速运算方法,因此无需较高的运算能力。与使用印刷同心圆以外其他图案的薄膜相比,所需的运算能力只有其1/300。实时显示视频时需要的处理能力方面,利用现有的个人电脑用微处理器和嵌入式MCU就能达到要求。(记者:三宅常之)

  

利用摩尔纹拍摄

  

试制机的拍摄示意图(右)与复原前的图像(左)

  (全文完)