想象一下這樣的場(chǎng)景，對(duì)動(dòng)物大聲喊叫，然后就能從回音中分辨出它是狗還是馬。也許你會(huì)以為這樣的事情離我們很遙遠(yuǎn)，但是一個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了這種攝影效果。

近期發(fā)表在 Optica 期刊上的一篇新論文中，英國(guó)、意大利和荷蘭的研究人員描述了一種全新的制作動(dòng)畫 3D 圖像的方法：通過(guò)捕捉光子的時(shí)間信息，而不是其空間坐標(biāo)。

研究人員通過(guò)調(diào)整光線反射到一個(gè)探測(cè)器上的時(shí)間，來(lái)提取出一個(gè)場(chǎng)景的三維圖像，這項(xiàng)被稱為時(shí)間成像的新技術(shù)展示了一種機(jī)器學(xué)習(xí)的重要用途。

時(shí)間成像系統(tǒng)比普通成像具有一定的優(yōu)勢(shì)。例如，新系統(tǒng)取像會(huì)非�？�，可能以每秒 1000 幀的速度工作；而且這種粗略而快速的 3D 成像可能具有多種應(yīng)用，如用作自動(dòng)駕駛汽車的攝像頭，以提高尋路的準(zhǔn)確性和應(yīng)急速度，以及用于移動(dòng)設(shè)備和健康監(jiān)視器發(fā)展 360° 感知能力；最重要的是，這種收集時(shí)間數(shù)據(jù)的單點(diǎn)探測(cè)器體積小、重量輕且價(jià)格便宜。

單像素成像

照片和視頻通常是通過(guò)使用數(shù)字傳感器捕獲光子（光的組成部分）來(lái)制作的，即環(huán)境光會(huì)反射物體，鏡頭將它聚焦在由微小的光敏元件或像素組成的屏幕上。圖像是由反射光產(chǎn)生的亮斑和暗斑形成的圖案。

以最普通的數(shù)碼相機(jī)為例，它由數(shù)百像素組成，這些像素通過(guò)檢測(cè)光在每個(gè)空間點(diǎn)的強(qiáng)度和顏色來(lái)形成圖像。

同時(shí)，可以通過(guò)在物體周圍放置若干個(gè)攝像機(jī)，并從多個(gè)角度對(duì)物體進(jìn)行拍攝，或者利用光子流掃描物體，并在三維中重建它來(lái)生成 3D 圖像。但無(wú)論使用何種方式，圖像都是通過(guò)收集場(chǎng)景的空間信息來(lái)構(gòu)建的。

近幾十年來(lái)，研究人員發(fā)明了一種更巧妙的方法，僅利用單個(gè)像素探測(cè)器即可捕捉到圖像。為了做到這一點(diǎn)，他們不是把物體暴露在均勻的光照下，而是暴露在不同的光照模式下，這些閃光類似于包裝上的方形條形碼。

每個(gè)圖案都會(huì)反射出物體的不同部分，因此像素測(cè)量的光強(qiáng)度會(huì)隨圖案的變化而變化。通過(guò)跟蹤這些變化，研究人員可以重建物體的圖像。