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計算成像技術的介紹

  • 來源：光虎

什么是計算成像？
在傳統(tǒng)成像過程中，由于模糊卷積核與反卷積結果之間的多重映射關系，出現(xiàn)了丟失場景的深度信息，導致圖像模糊。數(shù)字圖像處理中的傅里葉變換等無限計算問題在處理時會產(chǎn)生信號退化，將原來的無限域變成有限域。典型的例子是數(shù)字圖像處理中的傅立葉變換。由于電腦的故障，當信號被嚴重切斷時，會出現(xiàn)明顯的鈴聲效應。傳統(tǒng)的利用光電效應實現(xiàn)光電探測的光電成像器件只能探測強度信息，丟失相位信息。
計算機成像技術中偏振成像技術是一種新興的光學成像技術，在目標發(fā)射反射、散射、透射和電磁輻射的過程中，會產(chǎn)生由自身性質決定的偏振特性，增加信息的檢測維度，并結合有效的數(shù)學模型，可以通過計算方式實現(xiàn)偏振成像或檢測。另外，目標和傳輸介質的偏振敏感性、偏振特性與物體表面狀態(tài)和固有屬性密切相關，且不同類型的目標具有不同的偏振特性，使得偏振成像在檢測和識別方面有重要的應用。另外，計算成像技術在光子技術成像技術、仿生光學成像技術和計算探測技術中有重要的應用。
計算成像技術不僅具有傳統(tǒng)成像技術強度探測的優(yōu)點，還具有獲得和解釋偏振、相位和光譜等的能力。在現(xiàn)代光學成像中起著重要的作用。其典型應用包括：散射介質成像、新系統(tǒng)偏振成像、光子計數(shù)成像、仿生光學成像技術、計算探測器、三維成像和計算光學系統(tǒng)設計。當光波，如云、煙、灰塵、生物組織、混濁液體等。由于散射效應的影響，光場的出口變得隨機和無序。

計算成像技術的應用

波前編碼是一種在光學系統(tǒng)的光瞳處插入三次相位板，對光學系統(tǒng)的光學傳遞函數(shù)進行調制的技術，能夠起到拓寬系統(tǒng)景深，鈍化像差的作用，提高了光學系統(tǒng)的成像性能，應用前景廣泛，如下圖一所示：


圖一. 上圖為解碼前，下圖為解碼處理后


單透鏡光學系統(tǒng)難以校正系統(tǒng)像差，成像質量差，難以滿足需求。通過獲取全視場的點擴散函數(shù)，利用反卷積算法，實現(xiàn)單透鏡成像光學系統(tǒng)圖像的恢復，如下圖二所示： 

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圖二. 左圖為回復處理前，右圖為恢復處理后

將傳統(tǒng)相機的光圈改為編碼光圈，能夠使系統(tǒng)在保證高分辨率成像的情況下，同時獲取了物方空間深度信息，通過后期計算處理的方法實現(xiàn)深度信息的提取，最終得到全焦點圖像。針對衍射光學元件的色差問題，利用跨通道反卷積算法實現(xiàn)光學系統(tǒng)中色差的校正，下圖為色差校正前后對比，如下圖三所示：

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【來源：光虎光學內部培訓資料】


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