新兴技术：不会过曝的相机

新兴技术：不会过曝的相机

新兴技术：不会过曝的相机

文/ 谭晓剑

相机是机器人的视觉输入设备，所以对于机器视觉来说，任何情况下保持清晰的成像至关重要。但是在现实中良好的光照并不总能够被保证，限制了很多机器人的使用。

图左：由于对比度大，传统相机会得到一张大幅过曝的图像；图中：余数相机直接拍到的原始数据，过曝区域的信息仍然被保留了下来；图右：由余数图像恢复出来的最终照片

无论对于一般人或者专业摄影师来说，弱光或者强光照环境下的摄影都是一件困难的事。

麻省理工学院媒体实验室的研究人员设计出的“余数相机”可以使得人们在任何光照对比度的环境下拍摄出完美的照片，直观地来将，这个相机永远不会过曝。

该研究团队也因此获得了今年计算成像国际会议（International Conference on Computational Photography）的最佳论文奖。该团队成员赵行目前在麻省理工学院媒体实验室的Camera Culture研究组进行计算机视觉相关科研，此研究组专注于视觉信息的获取和分享，应用于摄影、成像、医疗、社交媒体等领域。

赵行表示，超高动态范围、超高速摄影、三维成像等都是设计下一代相机的主要目标，而高动态范围（HDR）成像是指在不损失图像质量的同时，将场景中特别明亮和黑暗中的细节都记录到照片中。

然而，但现有的HDR技术依赖于用不同的曝光量拍摄多张照片，然后进行融合。这意味着如果在拍摄中存在相机抖动，或者场景中有运动物体，拍摄多张的方案就无法适用。

他指出，“余数相机”能够解决这一问题，不但实现单张拍摄高动态范围照片，同时它也使得拍摄高动态范围视频成为了可能。

传统的相机传感器在接收到一定量的光照后就会“饱和”，这是因为光电传感器有着一定的电荷容量，同时相机的模数转换器也有着有限的比特位数。

“余数相机”通过一个“取余”的过程来保证传感器不发生满溢：一旦电荷充满容量，即被瞬间重置，依此往复。如：一个8位的计数器在计数1000时会被重置3次。

在拍摄完成后，相机会得到一张“余数图像”，而专门为该相机设计的算法会通过该信息自动恢复出人们可以用来欣赏的图片。

该技术有着可观的应用前景。人们在摄影中都可以不再需要担心太阳方向，人脸过暗，逆光等问题，相机的高动态范围图像的恢复算法保证了在摄影者在按下快门之后，还有调节曝光且不损失画质的可能性。

“余数相机”会改变摄影师们每日携带各种补光道具的工作方式。

同样，这项技术在机器人领域也存在应用空间。相机是机器人的视觉输入设备，所以对于机器视觉来说，任何情况下保持清晰的成像至关重要。但是在现实中良好的光照并不总能够被保证，限制了很多机器人的使用。

比如，当无人驾驶车驶入隧道以后，普通的相机只能拍到前方出口的一片光亮和隧道里的一片漆黑。此时汽车无法通过图像来判断方向和障碍物，带来安全隐患。只有超高动态范围的相机才能够实时的进行视觉信息捕捉。