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無鏡頭相機DiffuserCam 可觀察神經元或用於自駕車視覺

DiffuserCam結構簡潔,僅有一個柔光罩置於圖像感測器頂端。UCB

加州大學柏克萊分校(University of California, Berkeley)的研究團隊開發出一款無鏡頭相機,能從單張2D圖片產生出3D影像。研究團隊將該無鏡頭相機命名為DiffuserCam,最初目的將用於微小神經元觀察,不須顯微鏡即可觀察活體老鼠神經元,或將能得到疾病防治新知。

DiffuserCam結構簡潔,但造價並不昂貴,構造僅有一個柔光罩(diffuser)放置於圖像感測器頂端,儘管硬體結構簡單,但它用來重建高解析度3D影像的軟體卻非常複雜。

研究團隊負責人Laura Waller表示,DiffuserCam可以高解析度一次性地拍攝大量3D資訊,由於3D資訊可創造規模感(sense of scale),或與機器學習法同步運作,以進行人臉辨識、跟蹤人物或自動分類物體等,將可用於自駕車上。

研究團隊在光學研究期刊Optica刊登產品運作細節,DiffuserCam可自130萬畫素的圖像中,重建1億個立體像素(3D像素),且無需進行任何掃描。Waller表示,DiffuserCam有硬體簡單的優勢,雖然軟體非常複雜,但也能透過複製或傳送等,在家也可簡易製作這種相機。

DiffuserCam可使用任何類型的圖像感測器製作,並可將捕捉微觀到人類尺寸範圍的影像,當物體靠近感測器時,可提供數十萬分之一公尺範圍內的解析度,儘管場景在遠離感測器時解析度下降,但仍高得足以區分兩個不同的人離攝像機的遠近。

雖光場相機(Light Field Camera)亦不須掃描也可獲得3D影像,但光場相機的解析度受到限制,且其所使用的微透鏡陣列造價昂貴,且必須為特定相機或用於成像的光學組件進行客製。因此Waller在對各種類型的柔光罩進行測試並開發出複雜的算法之後,發現相對簡單的光場相機的想法是可能的。

DiffuserCam將用於UC Berkeley觀察100萬個別神經元的項目,由美國國防高等研究計劃署(DARPA)資助,旨在開發植入式、生物相容性神經介面,最終達成彌補視覺或聽覺障礙。

研究團隊將創造「皮質數據機」(cortical modem),可對動物大腦進行「讀取」與「寫入」,DiffuserCam將是該項目讀取設備的核心,該項目還將使用特殊的蛋白質,讓科學家能用光控制神經元活動。Waller用此方式觀察老鼠大腦神經元,或將能幫助得到治療失智症或精神障礙等疾病相關新知。

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