专家谈计算光学成像

那么，我们思考一下：为什么参与计算成像研究的人那么多？正如前面所述，光电成像的应用在很多领域已难以满足我们的需要了，比如：透过车窗户如何看清坐在里面的人？手机屏幕能不能因为前置摄像头的存在去掉“刘海”？手机的镜头能不能不凸出？雾霾天能不能还能看清楚？宽谱的光学合成孔径如何实现？光学成像能否像科幻电影里一样可以无限放大图像？被动成像能否高精度获得深度信息？……这些问题一直困扰着研究人员，也是促进计算成像发展的动力。于是，不同领域的研究人员就使出了“八仙过海”的神通，在各自的领域中开拓发展计算成像技术，紧接着，百花齐放的景象就出现了。这对计算成像的发展无疑是很好的促进，但是，我们也应该看到，重复研究、局限于局部视角看问题、甚至想单一技术解决所有问题的想法都已出现，因此，在这个时候需要提出计算成像的体系建设问题。“计算成像内涵与体系”一文重点讲的就是这个内容，希望能够从全局的观点看问题、以计算成像基础理论作为牵引，发展计算成像技术。

计算成像的未来是什么

那么，计算成像的未来是什么？给我们会带来哪些新的变化？

正如文首所言，计算成像是下一代的光电成像技术，是光学成像步入信息时代的必然产物，其结果是颠覆传统光电成像，突破现有成像技术的局限，实现“更高、更远、更广、更小、更强”，解决上一节提出的诸类问题。

计算光学成像本质上是下一代光电成像技术，是光电成像技术在信息时代发展的必然。我们可以做如下定义：计算光学成像在传统几何光学的基础上，有机融入了物理光学的信息，如偏振、相位、轨道角动量等物理量，以信息传递为准则，多维度获取光场信息，并结合数学和信号处理知识，深度挖掘光场信息，通过物理过程解译获取更高维度的信息。

未来，我们的光电成像将以全新的方式出现，在以传统几何光学为基础的成像中，引入了物理光学的元素，被动的光电成像系统中也将会有距离信息、方位信息，离焦、运动模糊等现象将不复存在，宽谱非相干的合成孔径成为现实，多个相机的排列可以合成大口径实现高分辨率成像，单个相机的凝视成像也能超分辨率，光电成像可以由计算实现自适应环境，抵御恶劣环境对成像的影响。同时，计算成像也是革命性的，传统成像是建立在稳定约束条件下的，而计算成像则引入了非稳态元素，这将引起传统光学制造、检测工业的革命，评价方法、测量方法、计量手段都发生了新的变化。

举个例子，超大口径的天文望远镜是非常复杂的系统工程，不仅表面面型要稳定控制，而且镜面的精度要求也非常高；加工和检测的要求极高，加工周期和成本与口径大小呈指数关系。可以想象，加工超过10m口径的望远镜，难度极高。但计算光学技术的引入，将改变这一现状，不仅对面型放松了要求，而且加工精度也放松了很多，甚至引入编码技术，可以降低对焦难度，获取更大的景深，甚至能够获得光谱的信息。

另外一个例子是手机，多种光学合成孔径技术的应用可以使得相机“越看越清楚”，克服雾霾也指日可待。偏振成像技术应用到手机中，可以直接获得“立体”视觉，可以作为“全息成像”的视频源；手机摄像也可以用于日常的光学测量，例如买房测实用面积、物体尺寸的测量等等。