数字图像传感器（CCD、CMOS）的像素规模和性能是影响天文、遥感等领域成像质量的核心，目前，图像传感器芯片制造已经趋近技术极限。中国科学院空天信息创新研究院研究员张泽团队首次提出了超采样成像的概念，这一概念将突破像素分辨率极限，利用少数像素传感器实现大规模像素显像能力，相关成果近日在《激光与光子学评论》发表。
数字图像传感器的工作原理，本质上是对光场进行采样显像的过程，类似于传统的胶卷。一个信息光场周期至少需要两个像素采样才能不丢失信息，因此，图像传感器的像素分辨率是图像显示的细节极限。自从数字图像传感器取代胶卷以来，成像技术一直受传感器采样极限的困扰，人类制造的数字图像传感器最小感光单元为像素，其在像素尺寸、数量规模和响应均匀性上远不及胶卷的最小感光单元卤化银分子。
“根据当前的制造水平，数字图像传感器的像素分辨率和成像质量难以大幅提升。”张泽介绍，超采样成像技术能绕过制造水平的限制，为突破像素分辨率成像提供一条稳定的新途径，即使发生内部结构或外部环境改变，其功能依然能够维持稳定运行。
这项新技术可以把当前的像素规模提升25倍。“如果把原本的像素看作一个方块，超采样成像就能把像素进一步分割，变成25个小方块，像素规模也就对应着提升。”张泽介绍，团队基于首创的稳态激光技术，扫描数字图像传感器，精确求解了图像传感器像素内的量子效率分布。当用相机拍摄动态目标，或移动相机拍摄静态场景时，利用获取的像素内量子效率和像素细分算法，就能突破原始像素分辨率，实现超采样成像。
目前，该技术已分别在室内、室外对无人机、建筑、高铁、月亮等目标进行了成像试验，相关结果均表现稳定。技术的应用发展潜力很大，可以利用市场上已有的成像芯片实现更高的像素分辨率，这在光学遥感、安防等成像领域具有广阔的应用前景。后续随着标校精度的进一步提升，像素分辨率还有持续提升的空间。
来源：北京日报客户端
记者：刘苏雅