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计算成像技术的介绍

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来源：光虎光电科技（天津）有限公司
访问量：901
发布时间：2022-08-22 02:53:41

什么是计算成像？

在传统成像过程中，由于模糊卷积核与反卷积结果之间的多重映射关系，出现了丢失场景的深度信息，导致图像模糊。数字图像处理中的傅里叶变换等无限计算问题在处理时会产生信号退化，将原来的无限域变成有限域。典型的例子是数字图像处理中的傅立叶变换。由于电脑的故障，当信号被严重切断时，会出现明显的铃声效应。传统的利用光电效应实现光电探测的光电成像器件只能探测强度信息，丢失相位信息。

计算机成像技术中偏振成像技术是一种新兴的光学成像技术，在目标发射反射、散射、透射和电磁辐射的过程中，会产生由自身性质决定的偏振特性，增加信息的检测维度，并结合有效的数学模型，可以通过计算方式实现偏振成像或检测。另外，目标和传输介质的偏振敏感性、偏振特性与物体表面状态和固有属性密切相关，且不同类型的目标具有不同的偏振特性，使得偏振成像在检测和识别方面有重要的应用。另外，计算成像技术在光子技术成像技术、仿生光学成像技术和计算探测技术中有重要的应用。

计算成像技术不仅具有传统成像技术强度探测的优点，还具有获得和解释偏振、相位和光谱等的能力。在现代光学成像中起着重要的作用。其典型应用包括：散射介质成像、新系统偏振成像、光子计数成像、仿生光学成像技术、计算探测器、三维成像和计算光学系统设计。当光波，如云、烟、灰尘、生物组织、混浊液体等。由于散射效应的影响，光场的出口变得随机和无序。

计算成像技术的应用

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，如下图一所示：

图一. 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，如下图二所示：

图二. 左图为回复处理前，右图为恢复处理后

将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，同时获取了物方空间深度信息，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，如下图三所示：

【来源：光虎光学内部培训资料】

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