计算成像技术简谈

作者:郑汉青 时间:2021-09-26

  光学是物理学的一个基础学科。光学成像技术和我们的生活密不可分,在当今信息化社会中,光学成像技术广泛出现在娱乐、医疗、教育、商业、社交、安防、军工、航天等领域,它已经与我们的生活密不可分。 

  随着计算机技术的进步,给许多传统行业带来了革新。计算成像作为计算机科学与光学的交叉学科,已经成为了一种新兴研究领域 

  波前编码是一种在光学系统的光瞳处插入三次相位板,对光学系统的光学传递函数进行调制的技术,能够起到拓宽系统景深,钝化像差的作用,提高了光学系统的成像性能,应用前景广泛。 

  上图为解码前,下图为解码处理后 

  单透镜光学系统难以校正系统像差,成像质量差,难以满足需求。通过获取全视场的点扩散函数,利用反卷积算法,实现单透镜成像光学系统图像的恢复。 

  右图为恢复处理后 

  传统相机的光圈改为编码光圈,能够使系统在保证高分辨率成像的情况下,同时获取物方空间深度信息,通过后期计算处理的方法实现深度信息的提取,最终得到全焦点图像。

  针对衍射光学元件的色差问题,利用跨通道反卷积算法实现光学系统中色差的校正,下图为色差校正前后对比。 

  计算成像技术拓宽了成像方式,除上述技术外,还具有单光子成像、光场相机、自适应成像、非视域成像等技术。国内浙江大学、北京理工大学、南京理工大学、国防科技大学、北京航空航天大学长春光机所、西安电子科技大学等许多单位都对计算成像技术进行了相关研究。 

  参考文献 

  1.   史要涛. 基于波前编码的光学成像系统像差钝化技术研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2017. 

  2.   Heide F , Rouf M , Hullin M B , et al. High-quality computational imaging through simple lenses[J]. Acm Transactions on Graphics, 2013, 32(5): 149. 

  3.   Levin A, Fergus R, Durand F, et al. Image and depth from a conventional camera with a coded aperture[J]. ACM Transactions on Graphics, 2007, 26(3): 70-es. 

  4.   Peng Y, Fu Q, Amata H, et al. Computational imaging using lightweight diffractive-refractive optics[J]. Optics Express, 2015, 23(24): 31393-31407. 

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