那么，我們思考一下：為什么參與計(jì)算成像研究的人那么多？正如前面所述，光電成像的應(yīng)用在很多領(lǐng)域已難以滿足我們的需要了，比如：透過車窗戶如何看清坐在里面的人？手機(jī)屏幕能不能因?yàn)榍爸脭z像頭的存在去掉“劉�！�？手機(jī)的鏡頭能不能不凸出？霧霾天能不能還能看清楚？寬譜的光學(xué)合成孔徑如何實(shí)現(xiàn)？光學(xué)成像能否像科幻電影里一樣可以無限放大圖像？被動成像能否高精度獲得深度信息？……這些問題一直困擾著研究人員，也是促進(jìn)計(jì)算成像發(fā)展的動力。于是，不同領(lǐng)域的研究人員就使出了“八仙過海”的神通，在各自的領(lǐng)域中開拓發(fā)展計(jì)算成像技術(shù)，緊接著，百花齊放的景象就出現(xiàn)了。這對計(jì)算成像的發(fā)展無疑是很好的促進(jìn)，但是，我們也應(yīng)該看到，重復(fù)研究、局限于局部視角看問題、甚至想單一技術(shù)解決所有問題的想法都已出現(xiàn)，因此，在這個時候需要提出計(jì)算成像的體系建設(shè)問題。“計(jì)算成像內(nèi)涵與體系”一文重點(diǎn)講的就是這個內(nèi)容，希望能夠從全局的觀點(diǎn)看問題、以計(jì)算成像基礎(chǔ)理論作為牽引，發(fā)展計(jì)算成像技術(shù)。

計(jì)算成像的未來是什么

那么，計(jì)算成像的未來是什么？給我們會帶來哪些新的變化？

正如文首所言，計(jì)算成像是下一代的光電成像技術(shù)，是光學(xué)成像步入信息時代的必然產(chǎn)物，其結(jié)果是顛覆傳統(tǒng)光電成像，突破現(xiàn)有成像技術(shù)的局限，實(shí)現(xiàn)“更高、更遠(yuǎn)、更廣、更小、更強(qiáng)”，解決上一節(jié)提出的諸類問題。

計(jì)算光學(xué)成像本質(zhì)上是下一代光電成像技術(shù)，是光電成像技術(shù)在信息時代發(fā)展的必然。我們可以做如下定義：計(jì)算光學(xué)成像在傳統(tǒng)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)上，有機(jī)融入了物理光學(xué)的信息，如偏振、相位、軌道角動量等物理量，以信息傳遞為準(zhǔn)則，多維度獲取光場信息，并結(jié)合數(shù)學(xué)和信號處理知識，深度挖掘光場信息，通過物理過程解譯獲取更高維度的信息。

未來，我們的光電成像將以全新的方式出現(xiàn)，在以傳統(tǒng)幾何光學(xué)為基礎(chǔ)的成像中，引入了物理光學(xué)的元素，被動的光電成像系統(tǒng)中也將會有距離信息、方位信息，離焦、運(yùn)動模糊等現(xiàn)象將不復(fù)存在，寬譜非相干的合成孔徑成為現(xiàn)實(shí)，多個相機(jī)的排列可以合成大口徑實(shí)現(xiàn)高分辨率成像，單個相機(jī)的凝視成像也能超分辨率，光電成像可以由計(jì)算實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)環(huán)境，抵御惡劣環(huán)境對成像的影響。同時，計(jì)算成像也是革命性的，傳統(tǒng)成像是建立在穩(wěn)定約束條件下的，而計(jì)算成像則引入了非穩(wěn)態(tài)元素，這將引起傳統(tǒng)光學(xué)制造、檢測工業(yè)的革命，評價方法、測量方法、計(jì)量手段都發(fā)生了新的變化。

舉個例子，超大口徑的天文望遠(yuǎn)鏡是非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅表面面型要穩(wěn)定控制，而且鏡面的精度要求也非常高；加工和檢測的要求極高，加工周期和成本與口徑大小呈指數(shù)關(guān)系�？梢韵胂�，加工超過10m口徑的望遠(yuǎn)鏡，難度極高。但計(jì)算光學(xué)技術(shù)的引入，將改變這一現(xiàn)狀，不僅對面型放松了要求，而且加工精度也放松了很多，甚至引入編碼技術(shù)，可以降低對焦難度，獲取更大的景深，甚至能夠獲得光譜的信息。

另外一個例子是手機(jī)，多種光學(xué)合成孔徑技術(shù)的應(yīng)用可以使得相機(jī)“越看越清楚”，克服霧霾也指日可待。偏振成像技術(shù)應(yīng)用到手機(jī)中，可以直接獲得“立體”視覺，可以作為“全息成像”的視頻源；手機(jī)攝像也可以用于日常的光學(xué)測量，例如買房測實(shí)用面積、物體尺寸的測量等等。