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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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【中國新聞網(wǎng)】中國團(tuán)隊在國際上首次測定像素內(nèi)量子效率實現(xiàn)超采樣成像

2024-11-27 中國新聞網(wǎng) 孫自法

【字體：大中小】

語音播報

超采樣成像技術(shù)流程示意圖。（中國科學(xué)院空天院供圖）

部分超采樣成像效果對比圖及相應(yīng)的定量評價。（中國科學(xué)院空天院供圖）

數(shù)字圖像傳感器（CCD、CMOS）的像素規(guī)模和性能是影響天文、遙感等領(lǐng)域成像質(zhì)量的核心。目前，圖像傳感器芯片制造已趨近技術(shù)極限，為提供解決方案，中國科研團(tuán)隊在國際上首次測定像素內(nèi)量子效率，可以分割像素并實現(xiàn)超采樣成像。

中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（空天院）11月27日向媒體發(fā)布消息說，該院張澤研究團(tuán)隊首次提出超采樣成像概念并予以實現(xiàn)及相關(guān)研究成果論文，近日已在《激光與光子學(xué)評論》（Laser& Photonics Reviews）上發(fā)表。

什么是超采樣成像？

張澤研究員解讀說，數(shù)字圖像傳感器的工作原理本質(zhì)上對光場進(jìn)行采樣顯像的過程，類似于傳統(tǒng)的膠卷。根據(jù)奈奎斯特采樣定律，一個信息光場周期至少需要兩個像素采樣才能不丟失信息，因此，圖像傳感器的像素分辨率是圖像顯示的細(xì)節(jié)極限。超采樣成像是突破像素分辨率極限，利用少數(shù)像素傳感器實現(xiàn)大規(guī)模像素顯像能力的技術(shù)。

自從數(shù)字圖像傳感器取代膠卷以來，成像技術(shù)一直受傳感器采樣極限的困擾。人類制造的數(shù)字圖像傳感器（最小感光單元為像素）在像素尺寸、數(shù)量規(guī)模和響應(yīng)均勻性上遠(yuǎn)不及膠卷（最小感光單元為鹵化銀分子）。依據(jù)當(dāng)前的制造水平，數(shù)字圖像傳感器的像素分辨率和成像質(zhì)量難以大幅提升。

本項研究提出的超采樣成像技術(shù)，則繞過芯片制造水平的限制，為突破像素分辨率成像提供一條魯棒性很強(qiáng)的技術(shù)途徑?！棒敯粜灾傅氖窃诿鎸?nèi)部結(jié)構(gòu)或外部環(huán)境改變時，仍然能夠維持其功能穩(wěn)定運行的能力。超采樣成像技術(shù)具備這樣的穩(wěn)定性?！睆垵烧f。

研究應(yīng)用前景如何？

在實現(xiàn)原理上，中國科學(xué)院空天院科研團(tuán)隊采用穩(wěn)態(tài)激光技術(shù)掃描數(shù)字圖像傳感器，通過穩(wěn)態(tài)光場表達(dá)式和輸出圖像矩陣的關(guān)聯(lián)關(guān)系，精確求解出了圖像傳感器像素內(nèi)量子效率分布。其中，穩(wěn)態(tài)激光技術(shù)是由該團(tuán)隊首創(chuàng)的鋒芒穩(wěn)態(tài)激光技術(shù)演化而來，在原理上具有極穩(wěn)定的光場形式。

當(dāng)使用相機(jī)拍攝動態(tài)目標(biāo)，或者移動相機(jī)拍攝靜態(tài)場景時，利用獲取的像素內(nèi)量子效率和像素細(xì)分算法，即可以突破原始像素分辨率，實現(xiàn)超采樣成像。

超采樣成像技術(shù)目前可以把像素規(guī)模提高5×5倍，即利用1k×1k的芯片可以實現(xiàn)5k×5k像素分辨率的成像。并且隨著標(biāo)校精度的進(jìn)一步提升，像素分辨率還具有進(jìn)一步的提升空間。張澤打比方科普稱，原有像素是一個方塊，通過超采樣成像技術(shù)可以將像素分割，等效變成25個像素（方塊），對應(yīng)著像素規(guī)模提升25倍。

張澤表示，超采樣成像技術(shù)具有很大的應(yīng)用發(fā)展?jié)摿ΑＲ约t外圖像傳感器為例，市場化的成像芯片分辨率一般在2k×2k以下，3k×3k、4k×4k的成像芯片尚未有成熟的商用產(chǎn)品，而采用超采樣成像技術(shù)則可以利用2k×2k芯片實現(xiàn)8k×8k以上的像素分辨率，這在光學(xué)遙感、安防等成像領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，超采樣成像技術(shù)已分別在室內(nèi)、室外對無人機(jī)、建筑、高鐵、月亮等目標(biāo)進(jìn)行成像試驗，結(jié)果顯示出良好的技術(shù)魯棒性。

超采樣成像技術(shù)流程示意圖。（中國科學(xué)院空天院供圖）部分超采樣成像效果對比圖及相應(yīng)的定量評價。（中國科學(xué)院空天院供圖）數(shù)字圖像傳感器（CCD、CMOS）的像素規(guī)模和性能是影響天文、遙感等領(lǐng)域成像質(zhì)量的核心。目前，圖像傳感器芯片制造已趨近技術(shù)極限，為提供解決方案，中國科研團(tuán)隊在國際上首次測定像素內(nèi)量子效率，可以分割像素并實現(xiàn)超采樣成像。中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（空天院）11月27日向媒體發(fā)布消息說，該院張澤研究團(tuán)隊首次提出超采樣成像概念并予以實現(xiàn)及相關(guān)研究成果論文，近日已在《激光與光子學(xué)評論》（Laser& Photonics Reviews）上發(fā)表。什么是超采樣成像？張澤研究員解讀說，數(shù)字圖像傳感器的工作原理本質(zhì)上對光場進(jìn)行采樣顯像的過程，類似于傳統(tǒng)的膠卷。根據(jù)奈奎斯特采樣定律，一個信息光場周期至少需要兩個像素采樣才能不丟失信息，因此，圖像傳感器的像素分辨率是圖像顯示的細(xì)節(jié)極限。超采樣成像是突破像素分辨率極限，利用少數(shù)像素傳感器實現(xiàn)大規(guī)模像素顯像能力的技術(shù)。自從數(shù)字圖像傳感器取代膠卷以來，成像技術(shù)一直受傳感器采樣極限的困擾。人類制造的數(shù)字圖像傳感器（最小感光單元為像素）在像素尺寸、數(shù)量規(guī)模和響應(yīng)均勻性上遠(yuǎn)不及膠卷（最小感光單元為鹵化銀分子）。依據(jù)當(dāng)前的制造水平，數(shù)字圖像傳感器的像素分辨率和成像質(zhì)量難以大幅提升。本項研究提出的超采樣成像技術(shù)，則繞過芯片制造水平的限制，為突破像素分辨率成像提供一條魯棒性很強(qiáng)的技術(shù)途徑?！棒敯粜灾傅氖窃诿鎸?nèi)部結(jié)構(gòu)或外部環(huán)境改變時，仍然能夠維持其功能穩(wěn)定運行的能力。超采樣成像技術(shù)具備這樣的穩(wěn)定性。”張澤說。研究應(yīng)用前景如何？在實現(xiàn)原理上，中國科學(xué)院空天院科研團(tuán)隊采用穩(wěn)態(tài)激光技術(shù)掃描數(shù)字圖像傳感器，通過穩(wěn)態(tài)光場表達(dá)式和輸出圖像矩陣的關(guān)聯(lián)關(guān)系，精確求解出了圖像傳感器像素內(nèi)量子效率分布。其中，穩(wěn)態(tài)激光技術(shù)是由該團(tuán)隊首創(chuàng)的鋒芒穩(wěn)態(tài)激光技術(shù)演化而來，在原理上具有極穩(wěn)定的光場形式。當(dāng)使用相機(jī)拍攝動態(tài)目標(biāo)，或者移動相機(jī)拍攝靜態(tài)場景時，利用獲取的像素內(nèi)量子效率和像素細(xì)分算法，即可以突破原始像素分辨率，實現(xiàn)超采樣成像。超采樣成像技術(shù)目前可以把像素規(guī)模提高5×5倍，即利用1k×1k的芯片可以實現(xiàn)5k×5k像素分辨率的成像。并且隨著標(biāo)校精度的進(jìn)一步提升，像素分辨率還具有進(jìn)一步的提升空間。張澤打比方科普稱，原有像素是一個方塊，通過超采樣成像技術(shù)可以將像素分割，等效變成25個像素（方塊），對應(yīng)著像素規(guī)模提升25倍。張澤表示，超采樣成像技術(shù)具有很大的應(yīng)用發(fā)展?jié)摿ΑＲ约t外圖像傳感器為例，市場化的成像芯片分辨率一般在2k×2k以下，3k×3k、4k×4k的成像芯片尚未有成熟的商用產(chǎn)品，而采用超采樣成像技術(shù)則可以利用2k×2k芯片實現(xiàn)8k×8k以上的像素分辨率，這在光學(xué)遙感、安防等成像領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，超采樣成像技術(shù)已分別在室內(nèi)、室外對無人機(jī)、建筑、高鐵、月亮等目標(biāo)進(jìn)行成像試驗，結(jié)果顯示出良好的技術(shù)魯棒性。

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