德国研究人员利用喷墨打印来制作便携式多光谱3D摄像头 适合自动驾驶

盖世汽车讯 据外媒报道，德国卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology）的研究团队利用喷墨打印技术制造出紧凑的多光谱版本光场摄像头。该摄像头仅为手掌大小，适合自动驾驶、回收材料分类和遥感等许多应用。

（图片来源：卡尔斯鲁厄理工学院）

3D光谱信息可用于物体和材料分类；然而，从场景中收集3D空间和光谱信息通常需要多个设备或进行耗时的扫描过程。新型光场摄像头通过在单个快照中同时收集3D信息和光谱数据解决了这一难题。该团队负责人Uli Lemmer表示：“这是先进的高集成度多光谱光场摄像头。研究人员将其与重建场景深度和光谱特性的新人工智能（AI）方法相结合，从而创建出可用于收集3D信息的先进传感器系统。”

在期刊《光学快报（Optics Express）》上，研究人员报告称，这种新摄像头和图像重建方法可以根据物体的光谱特征来区分场景中的物体。而利用喷墨打印来制造摄像头的关键光学组件，使其能够轻松进行定制或大批量生产。研究人员Michael Heizmann表示：“利用摄像头图像重建的3D数据在不同领域得到了广泛应用，如虚拟和增强现实、自动驾驶汽车、机器人、智能家居设备、遥感和其他领域。举例来说，这项新技术可以让机器人更好地与人类互动，或者提高回收过程中材料分类及分离的准确性。这还有望用于对健康和患病的组织进行分类。”

（图片来源：卡尔斯鲁厄理工学院）

通过喷墨打印来添加颜色

光场相机，也称为全光相机，是一种专门的成像设备，可以收集光线的方向和强度。在采集图像之后，通过计算处理方法从获得的数据中重建3D图像信息。它们的摄像头通常使用与高分辨率摄像头芯片的像素对齐的微透镜阵列。

为了制造多光谱光场摄像头，研究人员使用喷墨打印技术，在超薄显微镜载玻片的一侧沉积单滴材料，以形成各个单独的透镜，然后在显微镜载玻片的另一侧打印完全对齐的滤光片阵列。由此得到的光学组件被直接集成到CMOS摄像头芯片上。受益于喷墨打印方法，光学组件之间可以实现精确对准，从而大大降低制造复杂性并提高效率。

这种装置产生的光谱和深度信息交织在摄像头图像中，研究人员由此开发出可以分离每个组分的方法。他们发现，基于深度学习的方法，最适合直接从获取的测量值中提取所需信息。

基于光谱的物体检测

该论文的第一作者Qiaoshuang Zhang表示：“只有结合制造、系统设计和基于人工智能的图像重建方面的最新进展，才有可能解决创造多光谱光场摄像头的挑战。这项工作突破了喷墨打印的界限，这是一种具有高精度和工业可扩展性的多用途方法，可用于制造光子元件。”

研究人员通过记录测试场景来测试摄像头，该场景中包含位于不同距离的多色3D物体。他们在许多合成和真实的多光谱图像上对这种图像重建算法进行训练和测试。结果表明，原型摄像头可以同时获取3D空间和光谱信息，并且可以在单个快照中通过不同的光谱成分和深度信息对不同的物体进行成像和区分。

现在，研究人员已经完成了首次概念验证，并且正在探索具有获取多光谱信息能力的光场摄像头的各种潜在应用。