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从理论到实践对成像、音频和自动驾驶汽车的无限采样

研究人员开发了一项新技术,使相机等数字传感器能够感知所有光线强度。

日常图像传感器或任何其他数字传感器(如麦克风、雷达、超声波系统和地震传感器)都受到饱和点的约束。他们无法检测超出某些物理极限的刺激。

来自伦敦帝国学院和慕尼黑技术大学的研究人员已经开发出一种技术,结合新的硬件和算法,释放出像这样的数字传感器的全部潜力。

这项研究的主要作者、帝国电气和电子工程部的阿尤什·班达里博士说:"我们需要能够捕捉到我们环境所能提供的全方位的传感器,传感器在测量信号方面有着无限的潜力,超出了目前的人类和技术极限。

传感设备由模拟到数字转换器 (ADCs) 组成,可将相机和麦克风发出的光和声音等信息转换为数字信号。但是,ADC 受到某些量化电压的限制,当传入信号超过这些限制时,就会发生饱和。

Bhandari博士补充说:"我们的新技术使我们能够在无数数字技术示例中捕捉到更全面的刺激,其应用范围从日常摄影和医疗扫描仪到外星探索、生物工程和监测自然灾害。硬件软件联合设计方法为进一步研究开辟了新的科学领域。

研究人员对使用"modulo"(当信号电压除以ADC最大电压时产生的剩余)采样的ADC进行了实验,以检查不同类型的称为moduli的电压是否可以帮助传感器处理更广范围的信息。他们构建了一个原型,一旦达到刺激极限,ADC 就会切换到模数电压,并将这些信号"折叠"成较小的信号。

这使得 ADC 能够处理范围更广的信息。据研究人员称,它甚至可以提供"无限采样",准确捕获振幅远远超过ADC电压限制的信号。

研究合著者、帝国大学本科学生托马斯·波斯基特说:"通过采取信号的模组,我们将电压保持在极限之内并重建完整的信号,即使不知道电压超过极限的次数。这可以解锁任何传感器的高动态范围,例如,允许摄像机看到人类无法看到的内容。

研究人员认为,这项技术的应用范围从消费者摄影、科学和医学成像到太空探索。

这项研究发表在《IEEE信号处理交易》杂志上。

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