在中國科學院空天信息創新研究院的最新科研突破中，張澤研究員帶領的團隊成功研發出了一項革命性的成像技術——超采樣成像技術。這項技術的核心在于首次實現了像素級別的“分割”，極大地提升了圖像傳感器的像素分辨率和成像質量。相關研究成果已在《激光與光子學評論》雜志上發表。
張澤研究員解釋了超采樣成像技術的原理。他指出，數字圖像傳感器的工作原理可以看作是光場的采樣顯像過程，類似于傳統的膠卷。然而，根據奈奎斯特采樣定律，圖像傳感器的像素分辨率一直是圖像顯示細節的極限。超采樣成像技術則打破了這一限制，通過少數像素傳感器實現了大規模像素顯像的能力。
長期以來，數字圖像傳感器一直受到采樣極限的困擾。盡管數字圖像傳感器已經取代了膠卷，但在像素尺寸、數量規模和響應均勻性上，仍遠不及膠卷。當前的制造水平使得數字圖像傳感器的像素分辨率和成像質量難以大幅提升。而超采樣成像技術則巧妙地繞過了這一限制，為突破像素分辨率提供了一條新的技術路徑。這項技術具有強大的魯棒性，能夠在內部結構或外部環境改變時，仍然保持功能的穩定運行。
空天院科研團隊在實現超采樣成像技術的過程中，采用了穩態激光技術掃描數字圖像傳感器。通過穩態光場表達式和輸出圖像矩陣的關聯關系，團隊精確求解出了圖像傳感器像素內量子效率分布。當使用相機拍攝動態目標或移動相機拍攝靜態場景時，利用這一量子效率和像素細分算法，即可突破原始像素分辨率，實現超采樣成像。穩態激光技術是由該團隊首創的鋒芒穩態激光技術演化而來，具有極穩定的光場形式。
超采樣成像技術的實際應用效果令人矚目。目前，該技術已經能夠將像素規模提高5×5倍，即利用1k×1k的芯片實現5k×5k像素分辨率的成像。隨著標校精度的進一步提升，像素分辨率還有望繼續提升。張澤研究員形象地比喻說，原有的像素就像一個方塊，而超采樣成像技術則可以將這個方塊分割成25個小方塊，相當于像素規模提升了25倍。
這項技術在成像領域具有廣闊的應用前景。以紅外圖像傳感器為例，市場化的成像芯片分辨率一般在2k×2k以下，而更高分辨率的成像芯片尚未有成熟的商用產品。然而，采用超采樣成像技術，可以利用2k×2k芯片實現8k×8k以上的像素分辨率。這在光學遙感、安防等領域將發揮巨大的作用，推動成像技術的進一步發展。
目前，超采樣成像技術已經在室內、室外對無人機、建筑、高鐵、月亮等目標進行了成像試驗，均顯示了良好的技術魯棒性。這一技術的成功研發，不僅為成像技術的發展注入了新的活力，也為相關領域的科學研究和技術應用提供了強有力的支持。
