蓋世汽車訊 新的技術(shù)可以釋放數(shù)字傳感器的潛力，例如攝像頭可以感應(yīng)不同強(qiáng)度的光，以及麥克風(fēng)可以感應(yīng)所有音頻。

手機(jī)拍攝日落或錄制現(xiàn)場(chǎng)演出時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)圖片過(guò)度飽和且十分模糊，而視頻重放時(shí)也總是斷斷續(xù)續(xù)的。這是因?yàn)閿z像頭、麥克風(fēng)等日常數(shù)字傳感器，甚至地震儀、雷達(dá)和超聲波系統(tǒng)等科學(xué)儀器，都會(huì)受到飽和點(diǎn)的影響，從而無(wú)法檢測(cè)到光、聲音、地震、溫度和其他超出某些物理限制刺激物（stimuli）的實(shí)體。

近日，倫敦帝國(guó)理工學(xué)院（Imperial College London）和慕尼黑工業(yè)大學(xué)（Technical University of Munich，TUM）的研究人員結(jié)合新的硬件和算法，聯(lián)合開(kāi)發(fā)出新技術(shù)，可以釋放上述數(shù)字傳感器的全部潛力。

其應(yīng)用范圍可以從消費(fèi)者攝影、科學(xué)和醫(yī)學(xué)成像到太空探索。例如，該技術(shù)可以增加自動(dòng)駕駛汽車的攝像頭和環(huán)境傳感等儀器的檢測(cè)范圍、提高檢測(cè)地球和火星地震的地震計(jì)的精度和靈敏度，以及擴(kuò)大有害電離輻射的劑量計(jì)的測(cè)量范圍廣，如切爾諾貝利核事故。

（圖片來(lái)源：倫敦帝國(guó)理工學(xué)院）

該技術(shù)還可應(yīng)用于改善醫(yī)學(xué)檢查，如超聲成像和高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）X射線成像，以及用于改進(jìn)檢測(cè)颶風(fēng)和其他自然危險(xiǎn)的傳感器的精度和范圍。此外，它還可以幫助改進(jìn)對(duì)諸如機(jī)場(chǎng)行李和金條裂縫測(cè)試等物體的無(wú)損掃描。

該研究的主要作者、帝國(guó)理工學(xué)院電氣和電子工程系A(chǔ)yush Bhandari博士表示：“我們需要傳感器來(lái)捕捉我們環(huán)境所提供的全部范圍，且傳感器用于無(wú)限潛力測(cè)量超出當(dāng)前人類和技術(shù)范圍內(nèi)的信號(hào)?！?/p>

電子傳感設(shè)備包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），可將來(lái)自攝像頭和麥克風(fēng)的光和聲音等信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。然而，ADC受電壓限制的約束，當(dāng)輸入信號(hào)超過(guò)這些限制時(shí)就會(huì)發(fā)生飽和。而飽和呈現(xiàn)出來(lái)的效果就是看起來(lái)“漂白”的圖像，或斷斷續(xù)續(xù)的音頻，特別是當(dāng)刺激物突然抵達(dá)“峰值”時(shí)。

Bhandar博士補(bǔ)充說(shuō)：“通過(guò)此項(xiàng)新技術(shù)，我們能夠在無(wú)數(shù)數(shù)字技術(shù)示例中捕捉到更全面的刺激物。該硬軟件協(xié)同設(shè)計(jì)方法為進(jìn)一步研究開(kāi)辟了新的前沿方法。”

為開(kāi)展研究，研究人員對(duì)使用“模數(shù)（modulo）”采樣的ADC進(jìn)行了試驗(yàn)，以測(cè)試使用不同類型的電壓（稱為模數(shù)）是否可以幫助傳感器處理更大范圍的信息。模數(shù)指的是信號(hào)電壓除以ADC的最大電壓時(shí)產(chǎn)生的余數(shù)。

研究人員構(gòu)建了一個(gè)帶有內(nèi)置算法的原型，一旦達(dá)到刺激極限，就會(huì)觸發(fā)ADC切換到模數(shù)電壓，并將這些信號(hào)“折疊”成更小的信號(hào)。因此研究人員能夠?qū)⒛?shù)測(cè)量轉(zhuǎn)換為現(xiàn)有傳感器可以讀取的較小的傳統(tǒng)數(shù)字信號(hào)。這種方法可以使ADC處理的信息更加廣泛，甚至可以提供“無(wú)限采樣”，準(zhǔn)確捕獲幅度遠(yuǎn)超ADC電壓限制的信號(hào)。

研究合著者、Bhandar博士在帝國(guó)理工學(xué)院的本科生導(dǎo)師Thomas Poskitt表示：“如今我們身邊充滿了數(shù)字傳感器，而這些傳感器是數(shù)字革命的重要組成部分。所有數(shù)字傳感器都有最大和最小的檢測(cè)范圍，但我們找到了一種突破其上限的方法，使其超越理論上的最大值。通過(guò)對(duì)信號(hào)取模，我們可以在不知道電壓超過(guò)限制次數(shù)的情況下，將電壓保持在限制范圍內(nèi)并重建完整信號(hào)，從而為所有傳感器解鎖高動(dòng)態(tài)范圍，例如使攝像頭看到人類看不到的東西?！?/p>

該技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用是可以改進(jìn)無(wú)人駕駛汽車上的攝像頭。當(dāng)前方出現(xiàn)車輛，正在通過(guò)隧道的汽車上的攝像頭會(huì)因突然出現(xiàn)的光線而變得飽和，從而導(dǎo)致可見(jiàn)信息的丟失并危及汽車安全。事實(shí)上，該最新技術(shù)最終可以幫助開(kāi)發(fā)傳感器，使用模成像傳感器處理超出人類感知范圍的信號(hào)，如紫外線、紅外光和其他高光譜波段。

研究人員表示，此次發(fā)現(xiàn)克服了感知局限性，即數(shù)字傳感和不同學(xué)科合作解決常見(jiàn)問(wèn)題的方式。Bhandari博士表示：“通過(guò)結(jié)合新算法和新硬件，我們解決了一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，意味著數(shù)字傳感器可以感知人類范圍內(nèi)，甚至超越該范圍的事物。”

來(lái)自TUM的研究合著者Felix Krahmer教授表示：“該方法的關(guān)鍵特征是，如果信號(hào)使電壓超過(guò)閾值，硬件將信號(hào)從電壓切換到模數(shù)，本質(zhì)上是重置自身以允許更大范圍的信號(hào)。”

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