文章目录

0 引言

1 计算光学成像：何来？

1.1 成像系统的雏形

1.2 光学成像系统的诞生——金属光化学摄影

1.3 第一次成像革命——感光版光化学摄影

1.4 第二次成像革命——胶卷光化学摄影

1.5 第三次成像革命——数码相机

1.6 第四次成像革命——计算成像?!

2 计算光学成像：何处？

2.1 功能提升

    2.1.1 相位成像

    2.1.2 光谱成像

    2.1.3 偏振成像

    2.1.4 三维成像

    2.1.5 光场成像

    2.1.6 断层(体)成像

    2.1.7 相干测量

2.2 性能提升

    2.2.1 空间分辨

    2.2.2 时间分辨

    2.2.3 灵敏度

    2.2.4 信息通量

2.3 成像系统简化与智能化

    2.3.1 单像素成像

    2.3.2 无透镜成像

    2.3.3 自适应光学

    2.3.4 散射介质成像

    2.3.5 非视域成像

    2.3.6 基于场景校正

3 计算光学成像：何去？

3.1 优势

    3.1.1“物理域”和“计算域”的协同

    3.1.2 潜在的“通用理论框架”

3.2 弱点

    3.2.1 成本与代价

    3.2.2 数学模型≈甚至于≠物理过程

    3.2.3 定制化vs标准化

    3.2.4 技术优势vs市场需求

3.3 机会

    3.3.1 科学仪器

    3.3.2 商业工业

    3.3.3 国防安全

3.4 威胁

4 计算光学成像：何从？

4.1 新型光学器件与光场调控机制

4.2 高性能图像传感器的发展

4.3 新兴的数学与算法工具

4.4 计算性能的提升

    4.4.1 专用芯片

    4.4.2 新材料和新器件

    4.4.3 云计算

    4.4.4 光计算

    4.4.5 量子计算

4.5 人工智能

5 结论与展望

文章摘要:计算光学成像是一种通过联合优化光学系统和信号处理以实现特定成像功能与特性的新兴研究领域。它并不是光学成像和数字图像处理的简单补充，而是前端（物理域）的光学调控与后端（数字域）信息处理的有机结合，通过对照明、成像系统进行光学编码与数学建模，以计算重构的方式获取图像与信息。这种新型的成像方式将有望突破传统光学成像技术对光学系统以及探测器制造工艺、工作条件、功耗成本等因素的限制，使其在功能（相位、光谱、偏振、光场、相干度、折射率、三维形貌、景深延拓，模糊复原，数字重聚焦，改变观测视角）、性能（空间分辨、时间分辨、光谱分辨、信息维度与探测灵敏度）、可靠性、可维护性等方面获得显著提高。现阶段，计算光学成像已发展为一门集几何光学、信息光学、计算光学、现代信号处理等理论于一体的新兴交叉技术研究领域，成为光学成像领域的国际研究重点和热点，代表了先进光学成像技术的未来发展方向。国内外众多高校与科研院所投身其中，使该领域全面进入了“百花齐放，百家争鸣”的繁荣发展局面。作为本期《红外与激光工程》——南京理工大学专刊“计算光学成像技术”专栏的首篇论文，本文概括性地综述了计算光学成像领域的历史沿革、发展现状、并展望其未来发展方向与所依赖的核心赋能技术，以求抛砖引玉。

文章关键词:

项目基金:《光学精密工程》 网址: http://www.gxjmgc.cn/qikandaodu/2022/0324/950.html