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哈爾濱工業(yè)大學(xué)在高分辨率計(jì)算成像領(lǐng)域取得重要突破
2025年12月12日 11:26:48
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：3303
哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄭州研究院侯晴宇教授團(tuán)隊(duì)在計(jì)算光學(xué)成像領(lǐng)域取得重要突破，有望在手機(jī)攝像、醫(yī)療內(nèi)窺鏡、車載傳感等對體積重量敏感的領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄭州研究院侯晴宇教授團(tuán)隊(duì)在計(jì)算光學(xué)成像領(lǐng)域取得重要突破，創(chuàng)造性地提出光學(xué)注意力機(jī)制(Optical Attention，OA)，為高性能、輕量化成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開辟了新范式。相關(guān)成果以《面向高分辨率計(jì)算成像的光學(xué)注意力機(jī)制》(Optical attention mechanism for high-resolution computational imaging)為題發(fā)表在美國光學(xué)學(xué)會旗下學(xué)術(shù)期刊《光學(xué)》(Optica)上。
高分辨率成像技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)研究和應(yīng)用中的重要工具，涵蓋了多種技術(shù)和方法，如超分辨率顯微成像、計(jì)算成像和光譜成像等。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，這些成像方法將為科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用提供更為精確的工具，推動相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，在光電材料、醫(yī)學(xué)成像、材料科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。
然而，傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)通過堆疊大量透鏡來協(xié)同校正所有像差，以實(shí)現(xiàn)高分辨率清晰成像，導(dǎo)致系統(tǒng)冗繁、成本高昂。計(jì)算成像技術(shù)允許光學(xué)系統(tǒng)保留部分像差，再通過算法復(fù)原圖像，但如何精準(zhǔn)控制光學(xué)系統(tǒng)、只保留“可被算法校正”的像差，一直是懸而未決的核心難題。
針對這一難題，研究團(tuán)隊(duì)從人類視覺系統(tǒng)的選擇性注意力機(jī)制中汲取靈感，創(chuàng)新性地提出光學(xué)注意力機(jī)制(OA)，即通過“像差分量”的新概念，將系統(tǒng)總像差分解并溯源至每一個光學(xué)表面的任意位置，從而精準(zhǔn)識別出對光線匯聚能力強(qiáng)的“注意力區(qū)域”，對這些區(qū)域采用傳統(tǒng)像差約束進(jìn)行優(yōu)化，確保其高效傳遞高分辨率信息。
而對其他“非注意力區(qū)域”，則創(chuàng)新性地施加“無損發(fā)散”約束，引導(dǎo)其將光線折射至特定的、不影響系統(tǒng)高頻傳遞函數(shù)的位置，從而避免其對成像分辨率產(chǎn)生負(fù)面影響，在保證高頻信息傳遞能力的前提下，大幅降低對復(fù)雜透鏡結(jié)構(gòu)的依賴。同時，研究團(tuán)隊(duì)還搭建了實(shí)物驗(yàn)證系統(tǒng)，成功拍攝并復(fù)原出了細(xì)節(jié)豐富、可與商用復(fù)雜鏡頭相媲美的高質(zhì)量圖像，從實(shí)驗(yàn)上證明了光學(xué)注意力機(jī)制的巨大潛力。
本次研究突破了傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)的理論框架，顯著降低了高分辨率成像對復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的依賴。未來，隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化升級，其有望在手機(jī)攝像、醫(yī)療內(nèi)窺鏡、車載傳感等對體積重量敏感的領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
素材來源：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
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