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石墨烯光探測器用于新型3D相機

目前3D電影靠的是多台攝像機來重建每一層框架,但是新的3D相機自己就可以獨立完成這一項工作。3D相機拍攝的圖片和影片也許有一天能投射出成為全息圖——盡管投射技術會是另外一項難題。 從攝像技術角度來說,3D影像可以讓人在拍攝後來測量景深。結合顯微鏡一起使用時,3D相機可以對細胞和組織進行成像,這可以應用在醫學文化、組織檢查還有其他一些基礎研究領域。3D錄像還可以給予機器人深度知覺,這可以應用在仿生眼的制作上。

電氣工程及計算器科學系的Zhaohui Zhong副教授說:“當光到達相機裡面的探頭的時候,可能是從各個方向上照射的,這種空間信息可以用來重建3D影像。” 他還補充道:“一般來說,空間信息是被丢失掉的,因為探頭隻探測光的強度。這就是為什麼我們用傳統的方法來進行3D成像需要多部設備多重拍攝。”

通常,3D相機主要是依靠在主棱鏡将光線聚焦後,再通過一套微透鏡陣列來轉移。這套微透鏡陣列本質上來說就是分解圖像,然後恢複光線的位置方向信息,然後相機軟件通過景深信息來重建這幅圖像。 然而,Zhong和他的同事Theodore Norris和Jeffrey Fessler教授并沒有采用微透鏡陣列的方法。他們采用的是一系列的透明光探測器來記錄光線的信息。 Norris說:“微透鏡方法需要在分辨率和重現景深能力兩個方面追求一個平衡狀态。而我們的方法可以在不損失分辨率的情況下得到更多的信息。”

研究者認為:這種方法很有效,因為對于相機内部棱鏡,不同方向的物體的焦點是不一樣的,在理想對焦情況下,物體最為清晰明亮。根據這個法則,采用計算機來重建畫面就變得簡單多了,因為更快的處理速度使得高分辨率的高速成像成為可能。 概念很簡單,可是制作這些透明光探測器卻是一個不小的挑戰。比如說,探測器需要吸收盡可能多的光線,以收集最為詳細的圖像信息。但碳原子層的石墨烯,可能是一種高度敏感而且可以讓大多數光透過的材料。 Zhong說:“通常為了追求高敏感度,你會希望光探測器吸收盡可能多的光來構建更清晰的圖像。石墨烯探測器可以達到這種要求,可以不用犧牲圖像的清晰度。”

目前,Zhong的研究團隊正在考慮從單反級别的相機開始應用他們的成果,但是Norris覺得或許應該壓縮3D相機,使其能夠嵌入到智能手機中去。

來源:中國科學院光電技術研究所

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