利用计算成像从二维全息图创建三维图像

在过去十年中，计算成像取得了巨大的进步。该过程涉及使用高级算法和硬件的组合来创建传统相机无法捕获的图像。

利用计算成像工具，亚利桑那大学光学科学教授大卫·布雷迪（David Brady）开发了一种称为稀疏全息术的新技术，该技术可以从二维全息图创建三维图像。

布雷迪说：“通常，当你看全息图时，你可以看到物体就好像它在那里一样，但你不能真正重建它，就像它是一个真正的三维物体一样。”

布雷迪开发了一套用于测量二维全息图的算法和策略，并使用这些测量值来估计三维物体。生成的图像不是照片；相反，它是场景的三维表示。布雷迪说，一个人可以使用交互式软件或通过3D打印模型来查看3D表示。

研究人员在实验室中

布雷迪说：“成像的问题在于照片和成像系统只形成二维图像，但世界实际上是三维的”。他的稀疏全息工作为他赢得了2023年Optica颁发的埃米特·N·利斯奖章，这是一个致力于光学和光子学的国际组织。

布雷迪说，他的研究兴趣一直围绕着光学成像，而稀疏全息术多年来成为了一种自然的延伸。稀疏全息术是布雷迪和他的研究小组20年来一直在研究的一个更广泛的高效3D成像系统项目的一部分。

布雷迪说：“我的团队的核心研究兴趣是如何将光学测量推向可能的物理极限”。

2012年，Brady和他的团队通过在单个设备中集成98个微型相机，开发了世界上第一个千兆像素相机。用相机拍摄的图像显示出前所未有的细节。

布雷迪的稀疏全息技术可用于需要3D图像的情况，包括需要三维移动物体的情况。

通常，不可能创建移动物体的3D图像，例如通过显微镜观察的活组织或生物体，Brady说：“稀疏全息术使其成为一种可能性。”

他说：“我们可以形成游鱼或移动物体的三维图像。稀疏全息术也可用于测量自动驾驶汽车或视频游戏的3D场景。”

布雷迪的团队已经将稀疏全息技术用于现实世界的场景，如X射线系统和许多类型的相机。

布雷迪说：“尽管听起来很复杂，但计算成像工具对用户变得越来越友好，并且越来越好。”

他说：“我们可以捕获非常高的帧率图像，非常高分辨率的图像，并使用这些计算成像工具来突破空间，时间和维度的分辨率极限。”

布雷迪在三月份因其工作而被授予埃米特·N·利斯奖章。该奖章于2006年设立，以纪念全息和光学信息处理领域的世界知名科学家Emmett N. Leith，以表彰对该领域的开创性贡献。

未来，布雷迪的研究小组正计划从微型相机阵列中开发“超级相机”，类似于由小型计算机构建的超级计算机。Brady的团队正在一系列相机上使用全息测量来增加光圈的大小，光圈是光线可以进入相机的开口。布雷迪说，稀疏全息术使相机能够从像足球场一样大的区域内解析比人类头发还小的特征。

布雷迪说：“随着人工智能生成的图像和操纵的‘深度伪造’的最新进展，每个人都认识到我们正处于成像系统性质的根本变化之中。”

他说：“虽然人工智能将改变我们与数据的交互，但潜在的故事是计算成像正在提高我们看世界的能力。”

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