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計(jì)算成像技術(shù)的介紹

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什么是計(jì)算成像？
在傳統(tǒng)成像過(guò)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(chǎng)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(wú)限計(jì)算問(wèn)題在處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生信號(hào)退化，將原來(lái)的無(wú)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(dāng)信號(hào)被嚴(yán)重切斷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的鈴聲效應(yīng)。傳統(tǒng)的利用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光電探測(cè)的光電成像器件只能探測(cè)強(qiáng)度信息，丟失相位信息。
計(jì)算機(jī)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(biāo)發(fā)射反射、散射、透射和電磁輻射的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生由自身性質(zhì)決定的偏振特性，增加信息的檢測(cè)維度，并結(jié)合有效的數(shù)學(xué)模型，可以通過(guò)計(jì)算方式實(shí)現(xiàn)偏振成像或檢測(cè)。另外，目標(biāo)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(biāo)具有不同的偏振特性，使得偏振成像在檢測(cè)和識(shí)別方面有重要的應(yīng)用。另外，計(jì)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(jì)算探測(cè)技術(shù)中有重要的應(yīng)用。
計(jì)算成像技術(shù)不僅具有傳統(tǒng)成像技術(shù)強(qiáng)度探測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，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(jì)數(shù)成像、仿生光學(xué)成像技術(shù)、計(jì)算探測(cè)器、三維成像和計(jì)算光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。當(dāng)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(chǎng)的出口變得隨機(jī)和無(wú)序。

計(jì)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(duì)光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)進(jìn)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(guò)獲取全視場(chǎng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，利用反卷積算法，實(shí)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： 

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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(jī)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(shí)獲取了物方空間深度信息，通過(guò)后期計(jì)算處理的方法實(shí)現(xiàn)深度信息的提取，最終得到全焦點(diǎn)圖像。針對(duì)衍射光學(xué)元件的色差問(wèn)題，利用跨通道反卷積算法實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)中色差的校正，下圖為色差校正前后對(duì)比，如下圖三所示：

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【來(lái)源：光虎光學(xué)內(nèi)部培訓(xùn)資料】


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