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技術(shù)支持

計算成像技術(shù)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(jié)果之間的多重映射關(guān)系，出現(xiàn)了丟失場景的深度信息，導(dǎo)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(yīng)。傳統(tǒng)的利用光電效應(yīng)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(shù)中偏振成像技術(shù)是一種新興的光學(xué)成像技術(shù)，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(zhì)決定的偏振特性，增加信息的檢測維度，并結(jié)合有效的數(shù)學(xué)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(zhì)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(guān)，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(yīng)用。另外，計算成像技術(shù)在光子技術(shù)成像技術(shù)、仿生光學(xué)成像技術(shù)和計算探測技術(shù)中有重要的應(yīng)用。
計算成像技術(shù)不僅具有傳統(tǒng)成像技術(shù)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(xué)成像中起著重要的作用。其典型應(yīng)用包括：散射介質(zhì)成像、新系統(tǒng)偏振成像、光子計數(shù)成像、仿生光學(xué)成像技術(shù)、計算探測器、三維成像和計算光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計。當光波，如云、煙、灰塵、生物組織、混濁液體等。由于散射效應(yīng)的影響，光場的出口變得隨機和無序。

計算成像技術(shù)的應(yīng)用

波前編碼是一種在光學(xué)系統(tǒng)的光瞳處插入三次相位板，對光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)進行調(diào)制的技術(shù)，能夠起到拓寬系統(tǒng)景深，鈍化像差的作用，提高了光學(xué)系統(tǒng)的成像性能，應(yīng)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(xué)系統(tǒng)難以校正系統(tǒng)像差，成像質(zhì)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(xué)系統(tǒng)圖像的恢復(fù)，如下圖二所示： 

圖片

圖二. 左圖為回復(fù)處理前，右圖為恢復(fù)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(xué)元件的色差問題，利用跨通道反卷積算法實現(xiàn)光學(xué)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(xué)內(nèi)部培訓(xùn)資料】


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