“計算光學(xué)成像的探索者”-中關(guān)村企業(yè)借你一雙慧眼
2019.6.25
目前，上億像素大陣列復(fù)眼成像技術(shù)的公司,，全球范圍內(nèi)僅3家公司。而在北京中關(guān)村,，就有這樣一家公司叫泰邦泰平，他們被稱為“計算光學(xué)成像的探索者”,。這個成立于2013年的年輕企業(yè),，不僅是2016年首批中關(guān)村前沿技術(shù)企業(yè)，而且是國家高新技術(shù)企業(yè),，擁有兩項世界首創(chuàng)技術(shù),，多項國內(nèi)外發(fā)明專利技術(shù)。
可能有很多人對計算成像的概念比較陌生,，小編先來個小科普：
傳統(tǒng)的的光學(xué)成像的原理就是幾何光學(xué)成像,，比如說一個鏡頭，后面擺一個膠片或者一面屏幕,，這樣都能看到圖像,，拍到的是什么像，看到的就是什么像,。
而計算成像中的成像首先要運用到光學(xué)的組件和技術(shù),，第二要運用圖片信號處理的技術(shù)，把這兩個結(jié)合到一起做成的成像技術(shù),，比如說我們現(xiàn)在要說的復(fù)眼成像,，我們可以用計算成像做任意高分辨率的成像,。
本文的重點來了。
什么是復(fù)眼成像,？
復(fù)眼成像是仿照昆蟲眼睛的成像原理研發(fā)的新型成像技術(shù)，?復(fù)眼成像技術(shù)相比于傳統(tǒng)的單眼成像技術(shù)有著無法比擬的優(yōu)勢,，比如復(fù)眼相機能夠?qū)崿F(xiàn)超高分辨率的成像,，幾千萬到幾億甚至幾十億像素的分辨率都可以達到！其他的如超低照度,，超寬視場角的性能也可以同時達到,。
單眼相機只能實現(xiàn)寬、遠,、不清的成像或者寬,、近、清的成像或者窄,、遠,、清的成像，而復(fù)眼相機可以同時實現(xiàn)寬,、遠,、清的成像！進一步,，復(fù)眼相機具備廣角和特寫兼?zhèn)?、動態(tài)細節(jié)長時間跟拍的全新拍攝體驗！
（如圖：通俗的說,，傳統(tǒng)技術(shù)一個大房子經(jīng)過鏡頭成像形成一個小房子的圖片,，而運用復(fù)眼技術(shù)后，可以形成更加清晰的大房子的圖片）
復(fù)眼技術(shù)分為兩種,，一是多個眼睛看同一個場景,，每個眼睛的分辨率不高，看同一個場景的同時,，通過計算,，形成一個高分辨率的效果。二是所有的子系統(tǒng)都看同一個畫面,，形成一個高分辨率,。還有一種所有的子系統(tǒng)都看畫面的一部分，但是每一個系統(tǒng)的分辨率都比較高,，最后的系統(tǒng)分辨率會非常高,，就像蜻蜓的眼睛或者蒼蠅的眼睛。
下圖就是16個復(fù)眼監(jiān)控的攝像頭,，通過坐標(biāo)的變換,、畫面的拼接和融合,，顏色的統(tǒng)一后形成一張完整的圖片。
（16個攝像機完成的圖像）
復(fù)眼監(jiān)控技術(shù)的特點
全范圍：全景面畫觀察目標(biāo)區(qū)域更遠,、更寬
全細節(jié)：場景內(nèi)區(qū)域展示無遺漏 ?更清
全時段：監(jiān)控任一時段調(diào)取 ??更全
智能化：結(jié)合視頻AI智能算法 更懂
中關(guān)村的世界首創(chuàng)技術(shù)更實用
復(fù)眼監(jiān)控技術(shù)的原理完全是按照幾何光學(xué)的的理想成像的要求來做的一個技術(shù),，通過這樣的技術(shù)，實現(xiàn)了“高分辨無極限”,，比如咱們所熟知的任何光學(xué)產(chǎn)品,，都面臨一個問題，如果想達到高分辨率,，首先傳感芯片的分辨率就要高,。其次鏡頭的精度、分辨率要高,。想把這兩個都做好,，都面臨著巨大的難題，鏡頭的難題在于工藝,，芯片的難題在于需求量小,，成本高，比如航空用的高溫芯片,，這種芯片的造價可能高達幾百萬,，不具備商用價值。復(fù)眼技術(shù)可以把多個千萬級的做成一個系統(tǒng),，可以和它達到一樣的效果,，甚至比它還要高。
“航空用的芯片能做到一個億像素,，可能就做不了兩個億像素,，可是我們可以做20億像素，甚至可以做的更高,。這是因為復(fù)眼技術(shù)的最大特點就是永遠用現(xiàn)有的部件,、器件，這就意味著低成本,，高可靠性,，用這樣的器件和部件形成的技術(shù)會遠遠超過目前研發(fā)不出來或者是接近研發(fā)極限的技術(shù)，我們將不僅高于這一代已成熟的技術(shù),，還將超越下一代預(yù)演的技術(shù),。”泰邦泰平的創(chuàng)始人賈偉這樣說道,。
這種獨特的實現(xiàn)方式,，屬于世界首創(chuàng)，誕生在中關(guān)村。目前同樣擁有此項技術(shù)的美國公司安科迪受到美國軍方支持,，技術(shù)主要用于軍方的無人機上,。而在全球僅有的三家擁有這樣技術(shù)的公司中，中關(guān)村企業(yè)泰邦泰平的技術(shù)可應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛,，未來可在手機,、數(shù)碼產(chǎn)品、專業(yè)影視,、體育直播等多個領(lǐng)域孵化,，想象空間巨大。
具體在哪些場景用過呢,，請往下看：
復(fù)眼監(jiān)控技術(shù)打造智慧旅游創(chuàng)新安防監(jiān)控方案
在甘肅省張掖丹霞地質(zhì)公園，為甘肅唯一進入5A級旅游景區(qū)質(zhì)量評審的景區(qū),。此次景區(qū)的信息化建設(shè)中,，泰邦泰平科技（北京）有限公司的觀景臺及景區(qū)廣場復(fù)眼寬景監(jiān)控項目為其申辦5A級景區(qū)提供了優(yōu)質(zhì)的創(chuàng)新技術(shù)方案支持。
如圖,，復(fù)眼監(jiān)控系統(tǒng)將景區(qū)的真實場景,，全方位清晰的搬到屏幕上。用戶只需輕松點擊鼠標(biāo),，便可上下左右/走近/退遠的觀看景區(qū)安保場所/風(fēng)光,，宛如身臨其境般。
上下模式的操作實景界面：下路寬幅畫面為景區(qū)游客廣場全景畫面（源分辨率3400萬像素）,，該全景畫面架設(shè)于景區(qū)觀景塔上,，一臺即可覆蓋景區(qū)整個廣場（800*400米），包含：左側(cè)博物館入口,、中部旅客廣場,、右側(cè)景區(qū)管理辦公樓及頂端右端主要通勤路段等多個核心區(qū)域；上路細節(jié)畫面為景區(qū)管理辦公樓入口放大畫面,，該細節(jié)路可隨用戶關(guān)注點變換任意切換,。
復(fù)眼系統(tǒng)獨特技術(shù)優(yōu)勢針對景區(qū)應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個方面：一、超寬景高清視頻,，針對景區(qū)開闊視野區(qū)域,，1臺即可覆蓋1公里以上區(qū)域，可替代傳統(tǒng)至少30-40臺槍型攝像機,。在降低綜合成本20%以上的同時,，解放了用戶長期循環(huán)切屏凝視監(jiān)控的職業(yè)弊端，大大提升用戶的監(jiān)控視覺體驗,；二,、復(fù)眼系統(tǒng)獨特的全時空回溯特點，即使無人值守，事后依然可通過回看功能實現(xiàn)任意區(qū)域變焦放大（數(shù)字變焦）查看,。宛如場景昨日重現(xiàn),。
隨著智慧旅游行業(yè)的不斷發(fā)展，景區(qū)的信息化建設(shè)也在以不可預(yù)見的速度迭代升級,。相信未來會有更多景區(qū)采用類似復(fù)眼攝像系統(tǒng)這種更具創(chuàng)新性的智慧解決方案,。
復(fù)眼技術(shù)為大型活動“保駕護航”
8月底 2015年北京國際田聯(lián)世界田徑錦標(biāo)賽在國家體育場(鳥巢)圓滿收官。作為2008年奧運會之后在北京舉辦的又一項全球性的國際大型體育賽事,，也是中國首次主辦的世界田壇最高水平的大賽,，北京警方啟動了最高等級防控，強化落實反恐防恐,、應(yīng)急處突等措施,，確保了開幕式及各項賽事活動的安全。
錦標(biāo)賽期間,，一臺外形有別于傳統(tǒng)攝像設(shè)備的獨特攝像系統(tǒng)矗立在鳥巢主席臺對面的觀眾席,，讓不少觀眾及攝影師望而生奇。這套攝像系統(tǒng)究竟有何作用呢,？是什么原因讓其外形如此獨特,？
原來，這套外形奇特的系統(tǒng)是泰邦泰平科技（北京）有限公司與北京理工大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的4000萬像素復(fù)眼監(jiān)控攝像機,，主要針對主席臺及周圍各通道進行全景視頻監(jiān)控,，為大型活動的嘉賓和VIP保駕護航。這套系統(tǒng)可以同時實現(xiàn)超高分辨率,、遠距離,、寬視場的三全（全范圍全細節(jié)全時段）監(jiān)控。
據(jù)介紹,，傳統(tǒng)高倍變焦攝像機在查看某處細節(jié)時,，會漏掉原監(jiān)控范圍內(nèi)的其他細節(jié)。而依托“復(fù)眼成像系統(tǒng)”,，可以保證在全景范圍內(nèi)所有細節(jié)實時調(diào)用及事后回看（即使該區(qū)域當(dāng)時并未查看細節(jié)）,。這項技術(shù)可以實現(xiàn)分辨率無極限，比如上億像素分辨率甚至更高,，同時任意寬視場,，任意遠距離，任意低照度,。
另悉,，泰邦泰平科技（北京）有限公司除與北京理工大學(xué)聯(lián)合研發(fā)了復(fù)眼成像技術(shù)外，還共同積累了6倍焦深延拓的景深延拓技術(shù),，光圈延拓1.4倍,、景深延拓4倍的光圈景深聯(lián)合延拓技術(shù),，顏色復(fù)原技術(shù)，幾何畸變校正技術(shù),，分辨率提升2倍以上的像質(zhì)提升技術(shù),，寬動態(tài)技術(shù)、新型顏色空間技術(shù)等原創(chuàng)技術(shù),。
復(fù)眼技術(shù)為軍方安防保駕護航
軍方某部隊最新研發(fā)的大場景智能追蹤復(fù)眼監(jiān)控視頻系統(tǒng)順利交付使用,。該系統(tǒng)以其突破性的超遠距離、超高分辨率,、全細節(jié)監(jiān)控等性能優(yōu)勢為大場景智能安防保駕護航,。
據(jù)悉，該套定制系統(tǒng)可在300m-9km外跟蹤快速動目標(biāo),，HFOV達到28°,，VFOV達到13°，分辨率達到了驚人的2億像素的高幀頻視頻監(jiān)控,。這使得超高速移動目標(biāo)的圖像連續(xù)追蹤成為現(xiàn)實,，即可實現(xiàn)全程自動追蹤并記錄高速移動目標(biāo)的所有動態(tài)細節(jié)。從根本意義上解決了大范圍,、全角度、精準(zhǔn)化,、全天候的監(jiān)控難點,。
經(jīng)過十年的積淀，在計算成像方面,，復(fù)眼技術(shù)作為新技術(shù)新產(chǎn)品,，填補了高端軍、安市場部分空白,，我們期待復(fù)眼技術(shù)在未來有更多領(lǐng)域的應(yīng)用,，在中關(guān)村這片沃土上有新的突破。