一臺顛覆傳統的相機

追光逐電，見所未見

定格轉瞬即逝的物體

應用於多個典型場景

清晰記錄高鐵運行過程

實時預警電力設備放電

清楚觀測高超聲速氣流

……

意昂3体育超高速脈沖相機

驚艷亮相國家“十三五”科技創新成就展

中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平10月26日下午在參觀國家“十三五”科技創新成就展時強調，堅定創新自信緊抓創新機遇📜，加快實現高水平科技自立自強。

“當前👟，我國已經開啟全面建設社會主義現代化國家新征程，科技創新在黨和國家發展全局中具有十分重要的地位和作用，全國廣大科技工作者要面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康🫛，堅定創新自信🧑🏼‍🎤，緊抓創新機遇🚵🏼‍♀️，勇攀科技高峰🐎，破解發展難題，自覺肩負起光榮歷史使命⛳️，加快實現高水平科技自立自強🛜，為建設世界科技強國、實現中華民族偉大復興作出新的更大貢獻🛸。”

意昂3体育計算機學院

黃鐵軍教授團隊牽頭完成

重大原始創新項目

脈沖視覺模型

打破現有用圖像記錄視覺信息的基本方式

而是把一組光子變成一個比特

把一個光的變化過程直接轉成一個比特流

實現了超高速攝像

百萬像素超高速脈沖相機

01 高速攝像服務國計民生

“追光逐電”一直是黃鐵軍教授團隊追逐的目標，如何讓飛速即逝的物體能夠定格並清晰地展示出來🏔，這是目前困擾視覺芯片和系統行業高端應用的難點和痛點。

超高速脈沖相機顛覆了圖像和視覺的固有思維🤜🏽，具有高速🧚‍♀️、實時🗝、智能的特點🌻，在高鐵實時監測☮️、高頻電弧放電檢測、六馬赫風洞觀測等場景中均有典型應用🎅🏿。

01 應用於高鐵

每秒4萬幀的超高速記錄

實現高鐵運行實時檢測

保證高鐵安全穩定運行

中國目前擁有世界上規模最大的高速鐵路網，時速300公裏的線路總裏程超1.5萬公裏🥺，占世界2/3以上🧛‍♂️，未來高鐵速度更快⛓，保證高鐵安全穩定運行特別重要。傳統視頻系統幀率低👩🏽‍🦰🫠，無法實現高鐵運行實時檢測💆🏿‍♂️。超高速脈沖相機可實現每秒4萬幀的超高速記錄，同時清晰記錄高鐵運行過程🫵，實時分析識別受電弓、路基、隧道等可能出現的異常情況。超高速脈沖相機拍攝兩列高鐵會車💁🏼‍♂️，相對速度700公裏/小時🧩，慢放後畫面細節清晰可見。

隨著高鐵列車速度提升，弓網沖擊振動加劇🤹🏽‍♀️，對電弧的高效準確檢測和電弧類型分析識別🐴，是判斷高鐵安全狀況的重要指標🧑🏿‍🦲⏪。

02 應用於電力行業

每秒記錄20,000次放電

完整記錄每秒18次電弧放電全過程

電力設備檢測實時預警

電網是一個國家的經濟命脈，安全穩定運行關乎國計民生。電力系統絕緣事故影響範圍廣，經濟損失巨大🙆🏼。因此，對電力設備放電檢測有著非常重要的現實意義🤛🏿。傳統的放電檢測方法易受到工作現場強電磁幹擾且靈敏度不高，超高速脈沖相機具有高速全時成像的特點，可以完整記錄所有電弧的放電全過程，實時預警💅。

實驗裝置中探針每秒放電18次🏋🏻，傳統相機只捕捉到10次放電且不完整🤦🏼。超高速脈沖相機每秒內記錄了兩萬次，完整記錄了18次電弧放電全過程🔣。

03 應用於科研觀測

六馬赫（7350公裏/小時）高超聲速靜風洞

清晰觀測高超聲速流動結構

全流場的流動顯示記錄

意昂3体育官网六馬赫（7350公裏/小時）高超聲速靜風洞是目前世界上最大的暫沖式高超聲速靜風洞，可以模擬高超聲速飛行器真實飛行噪音環境，也具有表面壓力分布測量、PIV測試等能力📿。超高速脈沖相機可以清晰地觀測到高超聲速流動結構🔠，進行全流場的流動顯示記錄🪓，對開展復雜模型的空氣動力學試驗研究觀測有著重要的意義。

慢放畫面顯示了超高速氣流中👩🏿‍✈️，不同密度空氣相互作用產生激波，互相碰撞後逐漸消散。

02 重新“發明相機”的創新飛躍

“照相術的產生經歷了漫長的歷史🎥。”黃鐵軍介紹說，1827年，法國人約瑟夫·尼埃普斯采用他發明的“日光蝕刻法”😷，在白蠟板上敷上一層薄瀝青🚊，然後利用陽光和原始鏡頭🧑🏼‍🍼，曝光時間8小時💯，拍攝下了窗外的景色🥾，這是人類的第一張照片🤹‍♀️。1839年🔚，法國人L.J.M.達蓋爾發明銀版攝影法：鍍銀銅板暴露在碘或溴蒸汽裏🔠，產生一層均勻的鹵化銀感光表面，曝光需要半個小時左右，受到不同光強照射的鹵化銀分解程度不同，利用水銀蒸汽對曝光的銀鹽塗面進行顯影。1888年👨🏻‍⚕️，美國柯達公司生產出了新型感光材料“膠卷”：將溴化銀感光材料附著在塑料片上作為載體😤，曝光時間縮短到秒級別甚至毫秒級。

銀版照相法拍攝的世界第一位程序員Ada Lovelace，攝於1845年

如果說膠卷的誕生是照相法“化學時代”中具有裏程碑意義的飛躍，那麽20世紀20年代電視的發明及普及代表了視覺成像的“電子時代”🧚，21世紀初期數碼相機的誕生引領的是“數字時代”，2010年以後智能手機中照相機的普及則代表的是“智能時代”👊。

盡管技術不斷翻新🎰，但其實只是剪掉了膠片這個“小辮子”🧘🏿🧑🏽‍🦳，並未改變采用圖像和視頻記錄光這種基本方式。圖像意味著曝光這段時間光的變化過程“坍塌”為靜止畫面，而視頻也只是每秒數十幅靜態圖像，無法記錄速度高於幀率的物理現象，也不能做到連續成像，兩幀圖像曝光之間的間隔時段甚至完全丟失。

“這些問題在膠片時代是沒法解決的，但在電子時代🚶🏻‍♂️、數字時代和智能時代是完全可以解決的，只是人們都被化學時代形成的圖像和視頻思維定式禁錮住了，‘心中的辮子’已經成為禁錮視覺技術創新的最大瓶頸。”

黃鐵軍教授團隊的重大原始創新項目“超高速脈沖相機”就是要徹底剪去“心中的辮子”，顛覆圖像和視覺的固有思維❕⛩。

脈沖相機模擬靈長類視網膜編碼原理😸，每個像素獨立將光信號轉換成比特流，準確、完整記錄光的時空變化過程💁🏿‍♀️，推翻了沿用近兩個世紀的圖像和視頻概念🕥，有望從源頭重塑包括采集🏌🏽‍♀️、表示🕵🏼‍♀️👩🏿‍🦰、編碼🥿、檢測、跟蹤和識別在內的整個視覺信息處理體系。

超高速脈沖相機的技術原理：從光子流到比特流

在探索視覺信息處理新路徑的過程中，黃鐵軍教授團隊與意昂3体育官网生命科學學院和醫學部深度合作🍖，項目團隊已經研製出超高速脈沖視覺感知芯片、相機和系統，兩款超高速脈沖視覺感知芯片和相機的空間分辨率分別為10萬像素（400*250）和100萬像素（1000*1000），時域采樣率為4萬赫茲👨🏻‍🎤，打破了“幀率天花板”，比傳統視頻快千倍，實現了超高速連續成像和高速目標實時檢測跟蹤識別🚆。目前，整套項目已經收獲了26項知識產權🐫，其中包括2款芯片、2項軟件著作權和中美日韓等國授權專利🤟🏼📛。

獲得中美日韓等國家和歐洲的專利授權

盡管技術原理具有顛覆性突破，超高速脈沖相機的研發卻無需“另起爐竈”，它的“高性能”建立在“高成熟”光電器件基礎上👷‍♀️💆🏼‍♂️，能夠適應多種光照環境👩🏿‍🎨🗄，更加適合機器視覺任務的實時化🧇、全天候、多環境應用🦹🏼‍♂️🧚🏻‍♀️，在成熟的CMOS圖像傳感芯片生產線即可生產。

“脈沖視覺技術在視覺領域顛覆圖像和視頻🥒，類似移動通信領域CDMA顛覆GSM，未來有可能會引發視頻和視覺產業的重新洗牌。”

03 讓脈沖相機飛入尋常百姓家

在黃鐵軍的心目中，希望讓這項含金量極高的重大原始創新項目落地應用👨🏽‍⚕️，將全世界所有相機都替換成脈沖相機，讓所有視覺應用走向光速，讓高速攝像飛入尋常百姓家👩🏻‍🎓，創造更多的社會和經濟價值。

“首先🫦，我們要形成脈沖相機技術知識產權和標準體系👸🏼。脈沖視覺模型、芯片和基於該體系的脈沖視覺算法是全新視覺技術體系，發揮器件🥧🦻🏿、芯片、算法👩🏽‍🔧🌘、應用多個層面的先發優勢🔔，加快形成脈沖相機知識產權和標準體系，培養一批專門人才🧑🏽‍🌾，帶動行業發展，建立中國引領的視覺技術流派和產業體系。”

“第二，破解傳統高速相機困局，開辟新的應用場景，創造新的產業增長點🤽🏼‍♀️。超高速脈沖視覺芯片具有低功耗、低冗余、高時間分辨率的特性🦆🐁，適應多種光照環境等特性，使得它在工業製造💂🏽‍♂️、國防、交通、體育等眾多行業展現出應用潛力，有望創造新的應用場景，上下遊相關產業也將受帶動效應迎來多輪增長。”

“第三🫶🏼，項目將帶動半導體等相關產業發展🐁。超高速脈沖視覺芯片采用成熟集成電路工藝就能生產，‘點石成金’般實現高速視覺🚣🏿‍♂️，對所有視頻和視覺應用都將帶來深刻影響🏡，應用推廣將為半導體產業帶來強大需求🐄，帶動相關產業發展🦟。”

為了推動意昂3体育人的科研原始創新項目盡快服務國家重大戰略，早日實現這些社會和經濟價值，推進產學研深度融合發展👸，10月20日👩🏻‍💻，意昂3体育官网和意昂3体育科技成果轉化基金聯合孵化的脈沖視覺（北京）科技有限公司正式註冊成立，同時啟動了超高速脈沖相機的產業化進程🕹。

意昂3体育官网科技成果轉化基金是由意昂3体育官网、北京市科技創新基金以及其他多家知名投資機構共同發起設立的意昂3体育官网第一支科技成果轉化基金。作為耐心資本👩🏻‍🔧，基金將聚焦高端“硬技術”領域🤾🏻🏝，以原始創新為主要投資階段，致力於推動科技成果轉化，助力國家創新能力提升🥊。

國家“十三五”科技創新成就展

意昂3体育官网“超高速脈沖相機”項目展臺

黃鐵軍由衷地表示：

“面壁十年圖破壁™️，不做加法做減法，回到問題源頭👨🏼‍🚀，才能實現更大突破。”

數碼相機剪掉了物理膠片的“辮子”🦑，但沒剪掉“心中的膠片”🧑🏻‍🍼↪️。脈沖相機推翻沿用近兩個世紀的圖像和視頻思維定勢🤥，完成數碼相機尚未完成的數字化革命，釋放出光電器件和芯片的高速能力🔎，點石成金，追光逐電，開創視覺技術全新天地🔏🦸‍♀️，這從一個側面詮釋了“意昂3体育是常為新的”。

黃鐵軍，意昂3体育官网計算機學院教授，北京智源人工智能研究院院長，中國計算機學會會士，中國人工智能學會會士，國家傑出青年科學基金獲得者、長江學者和萬人計劃科技創新領軍人才💁‍♀️。

主要研究方向為智能視覺信息處理，對高效視頻編碼標準和視覺大數據分析處理技術體系作出了重要貢獻，提出了脈沖視覺模型並開發了超高速脈沖視覺芯片和系統。發表學術論文300多篇，作為主要起草人製定國家標準🧑🏽‍🦱、國際標準和IEEE標準20多項，授權中國和國際發明專利100多項。獲國家技術發明二等獎（2017，序1）和國家科學技術進步二等獎兩次（2012序2，2010序4）👩🏻‍🦼‍➡️。

原文鏈接：追光逐電！意昂3体育顛覆相機概念