小時候在電子時代以前，學校老師講到照相的原理，就讓學生 DIY，做一個密封的紙盒子，盒內塗黑，在盒子的一面用針刺一個小孔，在小孔的對面把盒紙剪開一塊，換上一片毛玻璃，就看見毛玻璃上透過小孔照射進來外界景物的倒影，是最簡單的照相原理，如果把毛玻璃換成感光底片，就拍成一張照片。最原始的攝影術只需要一個針孔 (Pinhole)，不需要鏡頭。

（圖片取自網路）

   現在的照相機不再是單純的光學處理，除了鏡頭是光學儀器，其餘都是電子邏輯，鏡頭傳過來的光線經層層的數位轉換，才合成一張照片。假設，不用鏡頭照樣能拍攝精美的照片，成為純的「電子照相機」，必然是攝影技術革命。美國貝爾實驗室 (Bell Lab.) 的科學家，真的發明了「無鏡照相」技術，在周前發表。

（圖片取 VERGE 網站）

   上圖就是貝爾試驗室無鏡照相的結構，看起來簡單，實際上也很簡單，一共僅有兩部份，圖中的方塊是光圈組 (Aperture Assembly)， 右邊的小點是感光器 (Sensor)， 外景的光線透過光圈照射到感光器紀錄下來。與傳統相機不同的地方是光圈，光圈組裡面有很多小光圈，每次取景僅用其中一個，二是光圈不是機械的，是一片透明 LCD 切隔的方塊，每一方塊可以單獨調整為黑或白，黑代表光圈關閉，白代表光圈打開，打開光線就可以進來。

   另一個與現在的數位相機不同的地方是感光器，數位相機用感光晶片替代底片，一次紀錄所有的外景；貝爾的相機，則是一次僅紀錄從一個光圈照射進來的光線，然後再紀錄從另一個光圈照射進來的光線，週而復始，最後才把所有的紀錄綜合起來，分析運算，最後組合成原外景的影像。

   那照片的解析度是怎麼算的呢？也很簡單，光圈組內的光圈，是一片 LCD 面板切隔的小方塊，呈矩陣排列，每一個小方塊、也就是小光圈，代表最後產生影像的一個像素，位置也與光圈矩陣的位置對應。簡單的說，光圈的數目就是照片的解析度。

   那是不是依序把每一光圈都打開一次，才算照一張照片呢？雖然可以，但不需要，花的時間也太長，因為從不同位置取景所得到的數據，有相當大的重複性，所以只需要打開一小部份光圈，就有足夠的數據組合成像。

   這正是關鍵技術，稱為「壓縮式感應」(Compressive Sensing)，是影像壓縮技術的一種。影像資料十分龐大，在傳送的時候壓縮減少資料量，到對方再解壓縮把影像還原。壓縮式感應更進一步，在取像的同時壓縮，用少量的數據就能維持影像的品質，無鏡相機利用這個原理，用亂數 (Random) 隨機方式，打開少數光圈，取得足夠數據製作高品質影像。

   下圖左邊是貝爾實驗室無鏡頭照相機的雛形機，看起來是個龐然大物，白色的方形物就是 LCD 光圈組，共劃分為 302 x 217 = 65534 個小光圈，也就是影像的解析度，圖中的一疊書是被攝影的實驗對象。下圖右邊是拍攝的照片，雖然有些模糊，但僅用了 25% 的光圈，也就是只有 16384 個像素，與時下數位相機的幾百萬像素相較，僅是零頭，壓縮比例驚人。

   沒有鏡頭的相機，資料量巨幅減少、便於傳送，沒有鏡頭、便於攜帶，不經鏡頭直接取景、生成的影像完全清晰，而影像的品質取決於光圈的數目與開啟的次數，不因鏡頭而預先固定。另外設備成本便宜，雛形機全由市場買來的現成零件組裝的。目前唯一的缺點是光圈單獨開啟，處理速度過慢，所以不適用動作的拍攝，但在改進之前，至少可作為監視用途。

   貝爾實驗室說，沒有鏡頭的照相技術除了用在可見光拍照片，還可以用在於紅外線以及豪米波，豪米波可以穿透輕薄衣服，現在用在機場安檢，類似設備的製造，以後可以大幅度降低成本。

（有興趣的讀者可以參考這篇 LENSLESS IMAGING BY COMPRESSIVE SENSING 學術報告）