■廠商在介紹相機、手機攝影功能的當兒，許多時候都會強調有多少像素。 網上圖片近年流行攝影，大家都躍躍欲試，繼而對相機功能及規格也愈加留意。廠商在介紹相機、手機攝影功能的時候，都會強調有多少「像素（pixel）」。誠然，像素的多寡代表了相機內有多少用來感光的裝置：較多的像素，反映了我們要攝下的影像可以被分為更細的區域，再由每個感光裝置負責每個區域。因此高像素的相機拍下的照片，自然看來更加細緻、捕捉到景象更多的細節。不過在以往的數十年內，有些科學家卻在反其道而行，研究如何只利用單一的像素去攝影！這樣的「單一像素相機」究竟是如何運作的呢？
加濾網分開景象
首先，「只用一個像素」其實是什麼意思呢？如前所述，更多的像素容許相機將要拍攝的景象分成更多的區域，再記下各自區域中不同顏色的光度，繼而拼出一整幅的照片。「只用一個像素」，也就是說並沒有將景象分成不同的區域，而只是用感光裝置記下景象整體的光度。要是如此，我們又怎麼能夠分辨景象中的不同景物呢？
景象中不同位置有不同的景物、顏色、光度等資訊，當然我們還是得收集下來，才能成功建構出令人滿意的照片，只不過我們不是用大量的像素去記錄這些資料罷了。
我們可以在景象前加插「濾網」，將景象的某些部分遮蓋起來，然後才用我們的「單一像素相機」進行拍攝。在加插不同的濾網（也就是將景象不同的部分覆蓋起來）為同一景象量度整體光度後，我們就可以依靠這些「不同濾網、同一景象」的光度數據，去為原來的景象重組出一幅照片了。
在此舉一個聽起來好像不太令人大開眼界的例子：假設我們要拍攝的是法國的國旗。我們用的第一個濾網，就將國旗右面三分之二的面積覆蓋起來，只露出國旗左面三分之一藍色的部分，然後拍下國旗這部分反射的光度。不難想像，我們會用的第二面及第三面濾網，就只分別露出國旗的中央及右邊部分。到最後我們將三部分拼合起來，就能夠成功拍攝到一張法國國旗的照片了。
當然我們要拍攝的景象，大多不會如法國國旗般簡單整齊，因此要使用的濾網，自然要比剛才舉例的複雜得多：可能是如九宮格般將景象以3×3格式分成9分的，甚至是1024×1024分的；而且每個濾網可以用更複雜的模式去遮蓋景象的不同部分，比如左上角的某些位置再加上右下角的一些部分。
當然，照片上不同位置的光度並不是完全獨立，而很有可能是互有關連的：例如一張照片中銀白色月亮的地方，周邊圓形的範圍內很有可能也還是月亮的部分。因此在濾網的設計上我們還可以大花心思，研究如何能用最少的濾網去得到令人滿意的照片。
望偵測甲烷洩漏
不過與我們現用的相機相比，這樣的「單一像素相機」有何優勢？現代的相機能夠拍到細緻的照片，是仰賴着精細的像素和靈敏的感光裝置；「單一像素相機」在拍照的時候並不依賴這些精密的攝影儀器，反而是在其後利用現在發達的電腦數據處理能力去將照片重組出來。因此在電腦速度越來越快的這個年代，「單一像素相機」可能會在拍攝快速移動物品的情況下佔盡優勢。而且假若要拍攝的並不是平常的可見光（例如紅外線），要製造許多像素的相機可能價值不菲；倘若只需要一個像素的相機，成本自然大降。科學家們其實已利用「單一像素相機」這種技術，成功為會吸收紅外線的甲烷氣體拍下「照片」，希望能在未來用於偵測甲烷洩漏方面。
■張文彥博士 香港大學理學院講師
短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。
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