计算光学成像：突破传统光学成像极限

计算光学成像技术现处于高速发展阶段，还需克服诸多挑战：首先，需以传感器为中心重新设计光学系统；其次，由于需要获取多维度光学信息，需引入新型光学器件和光场调控机制，随之而来的是更多的硬件成本和研发/调试时间成本；再次，为了使计算成像硬件和软件有更好的协同，则需重新开发算法工具；最后，对算力要求非常高，对应用设备芯片及其适配性提出更高要求。

计算光学成像虽然是一个新兴技术，但已取得了很多令人振奋的研究成果（2014诺贝尔奖——超分辨荧光显微成像、2017年诺贝尔奖——冷冻电镜），并在手机摄像、医疗、监控、工业检测、无人驾驶等领域开始规模化应用。如在手机摄像领域，主流手机厂商均初步融入了计算光学成像思路，从比拼硬件光学，转而追求硬件加算法的协同；目前手机摄像在相当一部分场景的拍摄效果达到、甚至超过一般单反相机。

未来，计算光学成像将进一步颠覆传统成像体系，带来更具创造力和想象力的应用。元成像芯片可实现大范围无像差三维感知，有望彻底解决手机后置摄像头突出的问题。无透镜成像（FlatCam）能够简化传统基于透镜的相机成像系统，进一步减小成像系统体积并有望用于各类可穿戴设备。此外，利用偏振成像技术能够透过可见度不高的介质清晰成像，实现穿云透雾。还有非视域成像，能够通过记录并解析光传播的高速过程来对非视域下目标进行有效探测，实现隔墙而视，在反恐侦察、医疗检测等领域具有广泛的应用价值。

专家点评

在过去的十多年来，信息技术的高速发展为光学成像注入了新的生命，计算成像应运而生，悄无声息中颠覆了人类与机器感知世界的方式。从“所见即所得”的一一映射到对高维光场的耦合编码与计算重构，计算成像将光作为信息载体的一部分，模糊了物理世界与数字世界的边界，从而突破了物理约束，见所未见。从此，我们能够捕捉光传播的轨迹，看到千里之外的声音，解析生命活动的奥秘，穿云透雾，洞察秋毫。从毫厘微末间的细胞病毒，到广袤宇宙中的第一缕光，计算成像将不断开拓人类的认知边界；从无人系统手机摄影，到工业监测安防监控，计算成像将融入人们生活的方方面面，推动数字经济高速发展。