計(jì)算光學(xué)成像：突破傳統(tǒng)光學(xué)成像極限

計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)現(xiàn)處于高速發(fā)展階段，還需克服諸多挑戰(zhàn)：首先，需以傳感器為中心重新設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)；其次，由于需要獲取多維度光學(xué)信息，需引入新型光學(xué)器件和光場(chǎng)調(diào)控機(jī)制，隨之而來(lái)的是更多的硬件成本和研發(fā)/調(diào)試時(shí)間成本；再次，為了使計(jì)算成像硬件和軟件有更好的協(xié)同，則需重新開(kāi)發(fā)算法工具；最后，對(duì)算力要求非常高，對(duì)應(yīng)用設(shè)備芯片及其適配性提出更高要求。

計(jì)算光學(xué)成像雖然是一個(gè)新興技術(shù)，但已取得了很多令人振奮的研究成果（2014諾貝爾獎(jiǎng)——超分辨熒光顯微成像、2017年諾貝爾獎(jiǎng)——冷凍電鏡），并在手機(jī)攝像、醫(yī)療、監(jiān)控、工業(yè)檢測(cè)、無(wú)人駕駛等領(lǐng)域開(kāi)始規(guī)�；瘧�(yīng)用。如在手機(jī)攝像領(lǐng)域，主流手機(jī)廠(chǎng)商均初步融入了計(jì)算光學(xué)成像思路，從比拼硬件光學(xué)，轉(zhuǎn)而追求硬件加算法的協(xié)同；目前手機(jī)攝像在相當(dāng)一部分場(chǎng)景的拍攝效果達(dá)到、甚至超過(guò)一般單反相機(jī)。

未來(lái)，計(jì)算光學(xué)成像將進(jìn)一步顛覆傳統(tǒng)成像體系，帶來(lái)更具創(chuàng)造力和想象力的應(yīng)用。元成像芯片可實(shí)現(xiàn)大范圍無(wú)像差三維感知，有望徹底解決手機(jī)后置攝像頭突出的問(wèn)題。無(wú)透鏡成像（FlatCam）能夠簡(jiǎn)化傳統(tǒng)基于透鏡的相機(jī)成像系統(tǒng)，進(jìn)一步減小成像系統(tǒng)體積并有望用于各類(lèi)可穿戴設(shè)備。此外，利用偏振成像技術(shù)能夠透過(guò)可見(jiàn)度不高的介質(zhì)清晰成像，實(shí)現(xiàn)穿云透霧。還有非視域成像，能夠通過(guò)記錄并解析光傳播的高速過(guò)程來(lái)對(duì)非視域下目標(biāo)進(jìn)行有效探測(cè)，實(shí)現(xiàn)隔墻而視，在反恐偵察、醫(yī)療檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

專(zhuān)家點(diǎn)評(píng)

在過(guò)去的十多年來(lái)，信息技術(shù)的高速發(fā)展為光學(xué)成像注入了新的生命，計(jì)算成像應(yīng)運(yùn)而生，悄無(wú)聲息中顛覆了人類(lèi)與機(jī)器感知世界的方式。從“所見(jiàn)即所得”的一一映射到對(duì)高維光場(chǎng)的耦合編碼與計(jì)算重構(gòu)，計(jì)算成像將光作為信息載體的一部分，模糊了物理世界與數(shù)字世界的邊界，從而突破了物理約束，見(jiàn)所未見(jiàn)。從此，我們能夠捕捉光傳播的軌跡，看到千里之外的聲音，解析生命活動(dòng)的奧秘，穿云透霧，洞察秋毫。從毫厘微末間的細(xì)胞病毒，到廣袤宇宙中的第一縷光，計(jì)算成像將不斷開(kāi)拓人類(lèi)的認(rèn)知邊界；從無(wú)人系統(tǒng)手機(jī)攝影，到工業(yè)監(jiān)測(cè)安防監(jiān)控，計(jì)算成像將融入人們生活的方方面面，推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展。