近日，中國(guó)科學(xué)院西安光機(jī)所與西安電子科技大學(xué)組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在極端光照視覺感知領(lǐng)域取得關(guān)鍵突破，研制出的國(guó)內(nèi)首款面向工業(yè)極端場(chǎng)景的實(shí)時(shí)逆光成像相機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“相機(jī)”）已在航天科技集團(tuán)等單位完成多場(chǎng)景試驗(yàn)驗(yàn)證。這標(biāo)志著我國(guó)逆光成像技術(shù)正式從實(shí)驗(yàn)室原理驗(yàn)證邁入工程化應(yīng)用新階段，為強(qiáng)逆光環(huán)境下的視覺感知任務(wù)提供了自主可控的核心技術(shù)方案。
圖 太陽(yáng)直射眩光環(huán)境中的無人機(jī)調(diào)制成像效果
“動(dòng)態(tài)范圍”是決定逆光成像能力的核心指標(biāo)。傳統(tǒng)成像系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍在面對(duì)強(qiáng)逆光時(shí)，高亮背景光會(huì)讓感光元件快速飽和“過曝”。為彌補(bǔ)這一缺陷，行業(yè)傳統(tǒng)方案多采用多幀合成（如HDR）或事件相機(jī)路線，前者面對(duì)高速運(yùn)動(dòng)物體或需實(shí)時(shí)反饋的工業(yè)場(chǎng)景，易出現(xiàn)畫面拖影、錯(cuò)位，后者雖響應(yīng)速度快，但成像分辨率有限。
針對(duì)行業(yè)痛點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)摒棄了傳統(tǒng)“先成像、后修補(bǔ)”的被動(dòng)處理路徑，創(chuàng)造性地提出“光場(chǎng)像素級(jí)智能調(diào)控”技術(shù)范式，首次將主動(dòng)光場(chǎng)調(diào)控理念深度耦合于成像鏈路，通過設(shè)計(jì)新型二次成像光學(xué)系統(tǒng)并嵌入光場(chǎng)智能調(diào)控算法，實(shí)現(xiàn)光學(xué)調(diào)制與探測(cè)器響應(yīng)的協(xié)同優(yōu)化，在實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)范圍和細(xì)節(jié)還原能力上，相較傳統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)了代際跨越。
嵌入光場(chǎng)智能調(diào)控算法的新型二次成像光學(xué)系統(tǒng)能夠針對(duì)強(qiáng)光過曝區(qū)域自動(dòng)實(shí)施光學(xué)衰減，針對(duì)暗弱前景區(qū)域同步增強(qiáng)信號(hào)增益，就像為相機(jī)的每一個(gè)感光像素都配備了獨(dú)立的智能調(diào)光開關(guān)，無需多幀拍攝與后期合成，單次曝光即可直接輸出高動(dòng)態(tài)、高保真的逆光場(chǎng)景圖像。
經(jīng)多輪測(cè)試，該相機(jī)核心動(dòng)態(tài)范圍超過180dB，實(shí)現(xiàn)10億倍亮度跨度，可在正對(duì)太陽(yáng)的極端強(qiáng)光下清晰捕捉不發(fā)光無人機(jī)的暗部細(xì)節(jié)，相當(dāng)于在火箭發(fā)射的轟鳴中，仍能分辨蚊子振翅級(jí)別的微弱信號(hào)。
面向?qū)嶋H工業(yè)應(yīng)用需求，團(tuán)隊(duì)同步攻克光學(xué)畸變抑制技術(shù)和逆光場(chǎng)景下小目標(biāo)智能識(shí)別技術(shù)，通過像素級(jí)動(dòng)態(tài)配準(zhǔn)算法補(bǔ)償逆光條件下復(fù)雜光路引入的幾何失真，確保成像幾何精度與動(dòng)態(tài)范圍同步達(dá)標(biāo)，為目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別與跟蹤提供可靠數(shù)據(jù)源。
未來，團(tuán)隊(duì)將持續(xù)深化計(jì)算光學(xué)與智能感知的融合創(chuàng)新，推動(dòng)系統(tǒng)集成小型化與智能化，著力構(gòu)建“全光照條件自適應(yīng)”的下一代視覺成像架構(gòu)。
