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許多昆蟲都存在複眼，它能為昆蟲提供更廣範圍的動態視野，為它們提供更好的躲避敵人和捕食的能力。韓國科學家通過模仿昆蟲眼睛的視覺結構，開發了一款擁有超高幀率、高靈敏度的新型仿生相機。
傳統的高速相機擅長捕捉快速運動，但其靈敏度會隨著幀率增加而降低。其原因是快門速度增加時，可收集的光線也會隨之減少。這使得高速和低光條件下，要得到高品質影像成為一項困難的挑戰。
不過，科學家發現昆蟲的複眼運作原理可能解決這些問題。原因是複眼是由許多的小眼組成，它可以同步檢測快速移動的目標，以增強視覺靈敏度，還能通過整合接收訊號，讓昆蟲在低光條件下觀測目標，有效覓食、導航和躲避威脅。
韓國科學技術院（KAIST）的研究人員受這些生物機制的啟發，模仿昆蟲眼睛的視覺結構，成功開發了一種低成本的高速仿生相機，並克服傳統高速相機面臨的幀率和靈敏度的限制。該研究於2025年1月發表在國際期刊《科學》上。
他們採用類似昆蟲複眼的結構方法，讓多個極小的光學通道進行訊號接收，從而獲取不同時間的訊號，再將這些小訊號加總成一個大訊號。這種做法就是讓光線的每幀快速重疊，積累成一個大畫面，從而降低訊號雜訊和提高畫面品質。
他們用此方法做出一台具有低雜訊、每秒捕捉9,120幀（fps）的能力，還能在低光條件下提供清晰影像的高速高靈敏度微透鏡陣列相機（HS-MAC）。
HS-MAC相機內部有單一滾動式快門，快門後面有一塊長10.5 mm、寬8.35 mm、厚度1.53 mm的互補式金屬氧化物半導體（CMOS）作為影像感測器，而CMOS影像感測器上有1000多個微小的透鏡組成透鏡陣列（oMLA）。
HS-MAC相機使用「通道分割」技術，讓CMOS影像感測器依照順序快速曝光，以此實現在低光下提高相機整體的幀率。當相機得到這些高幀率的影像後，只需要用「壓縮影像恢復」的演算法，就能消除幀率積累造成的影像模糊問題，讓影像變清晰，以利於人們進行觀看和使用。
實驗人員將HS-MAC相機與另一款傳統的高幀率超薄微透鏡陣列相機（MAC）進行比較，HS-MAC相機最高幀率（9,120fps）達到MAC最高幀率（480fps）的19倍，影像品質和畫質清晰度也比MAC還要好。
之後實驗人員將這款HS-MAC相機進行實際運用，用它來拍攝低光（0.88流明）的火焰晃動模樣。結果顯示，HS-MAC相機在距離火焰20公分處精準清晰的拍出火焰晃動規律，還拍攝到火焰被夾斷的快速變化過程。
此外，研究團隊還計劃擴展這項技術，開發用於3D成像和超解析度成像的先進影像處理演算法，旨在應用於生物醫學成像、智慧型手機、無人機或汽車等其它影像應用上。
實驗人員表示，他們會繼續改進HS-MAC相機性能，包括改進光學設計或計算校正，改善相機在過近拍攝時造成的影像扭曲（畸變）問題（光學透鏡經常出現的問題），同時希望可以降低相機「壓縮影像恢復」的計算成本，讓它能夠拍出更清晰、更高解析度的影像。
韓國科學技術院生物與腦工程系博士生、該研究的第一作者金賢慶（Hyun-Kyung Kim）對該校的新聞室表示，「我們通過實驗驗證這種受昆蟲複眼啟發的相機，可以在高速和低光條件下拍出清晰的照片。該相機尺寸小巧和便捷，正是為了全監控、醫學成像等多種應用而存在。」
這項研究得到了韓國國防採購計劃管理局（DAPA）國防技術規劃和發展研究院（KRIT）、科學和資訊通訊技術部及貿易、工業和能源部（MOTIE）的支持。
轉載源自大紀元
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