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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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