全新AI相机通过光子时间差构建3D图像，单像素成像、每秒达1000帧

想象一下这样的场景，对动物大声喊叫，然后就能从回音中分辨出它是狗还是马。也许你会以为这样的事情离我们很遥远，但是一个科学团队已经完成了这种摄影效果。

近期发表在 Optica 期刊上的一篇新论文中，英国、意大利和荷兰的研究人员描述了一种全新的制作动画 3D 图像的方法：通过捕捉光子的时间信息，而不是其空间坐标。

研究人员通过调整光线反射到一个探测器上的时间，来提取出一个场景的三维图像，这项被称为时间成像的新技术展示了一种机器学习的重要用途。

时间成像系统比普通成像具有一定的优势。例如，新系统取像会非常快，可能以每秒 1000 帧的速度工作；而且这种粗略而快速的 3D 成像可能具有多种应用，如用作自动驾驶汽车的摄像头，以提高寻路的准确性和应急速度，以及用于移动设备和健康监视器发展 360° 感知能力；最重要的是，这种收集时间数据的单点探测器体积小、重量轻且价格便宜。

单像素成像

照片和视频通常是通过使用数字传感器捕获光子（光的组成部分）来制作的，即环境光会反射物体，镜头将它聚焦在由微小的光敏元件或像素组成的屏幕上。图像是由反射光产生的亮斑和暗斑形成的图案。

以最普通的数码相机为例，它由数百像素组成，这些像素通过检测光在每个空间点的强度和颜色来形成图像。

同时，可以通过在物体周围放置若干个摄像机，并从多个角度对物体进行拍摄，或者利用光子流扫描物体，并在三维中重建它来生成 3D 图像。但无论使用何种方式，图像都是通过收集场景的空间信息来构建的。

近几十年来，研究人员发明了一种更巧妙的方法，仅利用单个像素探测器即可捕捉到图像。为了做到这一点，他们不是把物体暴露在均匀的光照下，而是暴露在不同的光照模式下，这些闪光类似于包装上的方形条形码。

每个图案都会反射出物体的不同部分，因此像素测量的光强度会随图案的变化而变化。通过跟踪这些变化，研究人员可以重建物体的图像。