来源：广播与电视技术

翻译：雷瑞涵

审稿：杨 宇

为了开发高清三维信息成像系统，日本公共广播机构NHK的科学技术研究实验室STRL目前正在研究非相干数字全息技术（IDH，Incoherent Digital Holography）[1]，以实现在自然光（如太阳光）环境下捕获全息图像。捕获高质量的全息图像需要配备大尺寸、高分辨率图像传感器的摄像机。在IDH成像系统中，由于读出电路的带宽限制，要实现高帧率相当困难。因此，STRL正在研究基于编码孔径成像技术的高帧率技术。

1、基于编码孔径成像技术实现高帧率的原理

编码孔径成像技术是指在物体和摄像机之间插入二进制黑白编码模块来捕获编码图像的技术。

图1 基于编码孔径成像技术实现高帧率的原理

在摄像机捕获单帧图像的过程中，多次切换插入的编码图案，然后根据编码图案分别对捕获到的图像进行逆运算，就能重构一系列连续的图像。这样，摄像机就能以高于其标准性能的帧率捕获图像。

2、提高图像质量的方法

编码图案会让从物体反射出的部分光线无法发送到摄像机，因此传统的编码孔径成像技术会导致重构图像质量降低。

为了解决这一问题，STRL开发了一种光学系统[2]，可以在不损失光线的条件下进行拍摄。

在该光学系统中，物体反射的光线首先投射到数字微镜装置（DMD，Digital Micromirror Device）[3]上；然后系统根据编码图案控制DMD每个微镜的角度，进而将不同的光线反射到两台摄像机镜头。

用两台摄像机同时捕获编码图案对应的图像和反转编码图案对应的图像，就可以组合得到没有光线损失的图像。

图2 能同时捕获两幅图像的光学系统

实验证实，该光学系统能够实现以高于摄像机标准性能的帧率重构高质量图像。

图3 该光学系统捕获的水平移动骰子图像

今后，STRL将把编码孔径成像技术与IDH成像系统结合，以获取高清三维信息。

注：

[1] 非相干数字全息技术：获取物体三维信息的技术，包括太阳光等低干扰光线下的深度信息（https://www.nhk.or.jp/strl/english/open2024/tenji/18/index.html）

[2] https://www.nhk.or.jp/strl/publica/giken_dayori/225/5.html

[3] 数字微镜装置：由二维对齐的微型方镜组成的光学装置

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