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從理論到實踐對成像、音頻和自動駕駛汽車的無限采樣

研究人員開發了一項新技術,使相機等數字傳感器能夠感知所有光線強度。

日常圖像傳感器或任何其他數字傳感器(如麥克風、雷達、超聲波系統和地震傳感器)都受到飽和點的約束。他們無法檢測超出某些物理極限的刺激。

來自倫敦帝國學院和慕尼黑技術大學的研究人員已經開發出一種技術,結合新的硬件和算法,釋放出像這樣的數字傳感器的全部潛力。

這項研究的主要作者、帝國電氣和電子工程部的阿尤什·班達里博士說:"我們需要能夠捕捉到我們環境所能提供的全方位的傳感器,傳感器在測量信號方面有著無限的潛力,超出了目前的人類和技術極限。

傳感設備由模擬到數字轉換器 (ADCs) 組成,可將相機和麥克風發出的光和聲音等信息轉換為數字信號。但是,ADC 受到某些量化電壓的限制,當傳入信號超過這些限制時,就會發生飽和。

Bhandari博士補充說:"我們的新技術使我們能夠在無數數字技術示例中捕捉到更全面的刺激,其應用范圍從日常攝影和醫療掃描儀到外星探索、生物工程和監測自然災害。硬件軟件聯合設計方法為進一步研究開辟了新的科學領域。

研究人員對使用"modulo"(當信號電壓除以ADC最大電壓時產生的剩余)采樣的ADC進行了實驗,以檢查不同類型的稱為moduli的電壓是否可以幫助傳感器處理更廣范圍的信息。他們構建了一個原型,一旦達到刺激極限,ADC 就會切換到模數電壓,并將這些信號"折疊"成較小的信號。

這使得 ADC 能夠處理范圍更廣的信息。據研究人員稱,它甚至可以提供"無限采樣",準確捕獲振幅遠遠超過ADC電壓限制的信號。

研究合著者、帝國大學本科學生托馬斯·波斯基特說:"通過采取信號的模組,我們將電壓保持在極限之內并重建完整的信號,即使不知道電壓超過極限的次數。這可以解鎖任何傳感器的高動態范圍,例如,允許攝像機看到人類無法看到的內容。

研究人員認為,這項技術的應用范圍從消費者攝影、科學和醫學成像到太空探索。

這項研究發表在《IEEE信號處理交易》雜志上。

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