据国外媒体报道，众所周知，无论是普通相机还是数码相机，如果通过单一主镜头仅能拍摄到平面二维图像。然而美国斯坦福大学的研究人员日前突破了二维图像限制，并使用1.2616万个微型镜头，以设计出高清晰图像的三维(3D)数码相机。业界人士称，该产品正式推出后，将有着广泛行业应用前景。
从成像原理上讲，如果一部相机中放置了两个镜头(或使用单独放置的两部相机)，就可拍摄出栩栩如生的三维图像。如果我们在一部数码相机中放置了数以千计的微型镜头，则所拍摄出来的图像将更为精彩：我们不仅可以拍摄二维图像，而且可借此获得更具价值的“深度电子图像”，即它可体现出从照相机到被拍摄实物之间的距离，也就是所谓的超级三维图像。
三维相机研发人员
斯坦福大学电子工程学教授阿巴其·埃尔·加迈尔(Abbas El Gamal)及其研究团队目前就正研究这样的数码三维相机，以设计他们所谓的“多光圈图像传感器”(multi-aperture image sensor)。这些研究人员把该传感器的像素单位缩小至0.7微米，比标准数码相机的像素单位小数倍。研究人员把每个256像素排列到一起，然后再在每个排列上面放置一个微型镜头。
参与这项研究的还包括斯坦福大学研究生基思·菲弗(Keith Fife)和另一位电子工程学教授菲利普·王(Philip Wong)。菲弗对此表示：“上述传感器就好比在单一芯片上放置了大量相机。”换句话说，如果他们的300万像素原型芯片把所有微型镜头都放置到位，则最多添加1.2616万个“相机”。
应用广泛
如此一来，如果我们用上面所说的相机来拍摄人脸，除了能得到普通的标准图像外，我们还可精确记录照相机与眼睛、鼻子、耳朵、下巴等局部器官之间的实际距离。该相机最为明显的应用前景是：可用于安全检测领域的脸部识别。除此之外，该“深度信息”相机还有着更为广泛的应用领域，如生物学成像、三维打印、建立三维目标、设计人体在虚拟世界的景象、以及三维建筑模型设计等等。
这项三维图像技术可以对任何物体进行拍摄，而无论其距离远近。在拍摄完成之后，人们还可对图像散焦(defocus)部分通过电脑软件进行编辑处理。在了解到被拍摄物体的实际距离后，机器人就可获得比人类更好的视觉空间感，从而使机器人能够胜任更为精确的操作任务。菲弗说：“今后人们将可借此解决大量操作难题”。这三位研究人员的相应论文发布在今年2月版的《电气电子工程师协会和国际固态电子电路会议技术摘要》(IEEE ISSCC Digest of Technical Papers)期刊上。
这种多光圈相机外观与普通数码相机并无多大差异，甚至看起来与体积更小的手机摄像头更为相似。菲弗表示，随着手机技术的发展，拍照已成为手机的重要功能之一，“目前大多数数码相机其实是安装在手机当中。”
工作原理
普通数码相机的主镜头(也称客观镜头)直接把所有拍摄的图像聚焦在该相机的图像传感器上面，传感器则记录相应图像。与普通数码相机不同，三维相机的主镜头却负责聚焦在图像传感器排列上部40微米处的图像。如此一来，所拍摄图片的任何一点将至少被四个小型相机拍摄，从而产生出重叠影像，每个影像都来自不同视角，就像人的左眼与右眼所视物体角度存在差异一样。
用于多光圈三维图像传感器的测试平台
如此便会产生出详细的深度图像，虽然从照片本身并看不出来，但我们可以通过电子储存方式来保存它们。也就是说，它们是一种景物虚拟模式，仅可以通过计算设备进行处理。菲弗说：“利用三维相机，我们可以获得二维相机无法拍摄的东西。比如说，我只想看看这个距离下的特定物体，这样我们就可把它单独调出来，然后把其他不相关的东西从画面上抹去。”
当然，该三维相机也可以不配置主镜头。如此一来，在传感器对被拍摄物体进行记录时，每一个微型相机将在没有主镜头的情况自行完成拍摄活动，这样就可拍摄一些极小的画面，如确定实验老鼠神经活动的具体位置等。
在此之前，其他一些科学家也在尝试通过其他方式来创建“深度图像”。如有的使用智能软件来检测普通二维图像的边缘、阴影或焦距等元素，并以此判断所拍摄物体与相机之间的距离。还有的在单一镜头前加上多棱镜。其他方式还包括使用激光、多角度图像拼合等方式。
性能优势
加迈尔等三人表示，他们所开发的三维相机具有数项核心优势。首先是其体积很小，既不需要使用激光或其他笨重庞大的成像仪器，也无需使用多重照片或复杂的图像校准仪器。其次是图像质量很高。由于每个256像素的镜头只负责拍摄一种颜色，该三维相机可获得高质量图像。在普通数码相机中，红像素可能会与绿像素安排到一起，从而容易出现色度干扰问题。
再次，该三维相机具备普通数码相机所不具体的低像素功能。在相机镜头已接近于拍摄最小光学解析成像范围时，使用像素很小的镜头并不能拍摄出画面质量很高的图像。但使用“多光圈图像传感器”，更小像素将会带来更多深度信息。
此外，这项技术也有利于10亿像素(gigapixel)相机拍摄大型图片。目前普通数码相机的像素通常为700万像素左右，10亿像素为700万像素的140倍左右。斯坦福大学所研究的三维相机优势也极其明显：像素越小，意味着更多像素可“挤入”到芯片当中去。由于大量像素被记录到单一芯片上，其中一些像素可能质量不佳，但鉴于“多光圈图像传感器”记录了重叠影像，从而也等于为图像提供了备份功能。
加迈尔等三人表示，他们正与数码相机厂商探讨该三维相机的制造细节。产品投产后，其成本可能还低于普通数码相机，因为该相机主镜头的重要性将大为降低。菲弗说：“数码相机厂商可借此削减主镜头的成本，并把研究重点集中于更为复杂的半导体技术。”(编译/中涛)
