計算成像資料筆記 -
摘要：
所謂「計算」，就是將成像系統與後置的特徵提取計算步驟看成乙個整體，設計一種新型的成像系統一一 「計算成像」，使得成像系統的目的不再是滿足人們的視覺要求而是提供滿足智慧型應用所必須的魯棒和智慧型功能，實現「從3d到資訊」的跨越。本文主要對計算成像的最新進展和應用進行論述。
在許多情況下，感測器設計的最終目標不再是為了得到乙個高解析度的影象訊號，而是僅收集影象理解演算法需要收集的資訊，以利於機器自動抽取需要的資訊，實現「從3d到資訊」的跨越。這樣就可以在很大程度上迴避目前出現的所謂數字**「存不起、查不准和管不住」的突出問題。這種將成像與後置的特徵提取計算相結合的思想，就是所謂的「計算成像」。「計算成像」思想的提出，可以在很大程度上節約資源，更加符合節約型社會的要求。
近年來蓬勃發展起來的計算成像方法，尤其是基於壓縮感知理論的計算成像技術，為多維資訊高解析度成像方法帶來了新的機遇，受到了國內外學者的廣泛關注。
高解析度多維資訊獲取技術研究是國家中長期科學和技術發展規劃的任務之一。高解析度探測成像是其中乙個重要的研究和探索方向，尤其在航天遙感、醫療診斷、軍事偵查等領域高分辨成像需求迫切。傳統成像方法通過在感測器像元與場景之間建立一種直接的一一對應關係來獲取影象，成像效果嚴重依賴感測器效能（像元密度，靈敏度等），且存在二維感測器陣列無法實現高分辨多維資訊（空間-譜間-時間）快速獲取等問題。
西安電子科技大學高大化博士針對傳統成像方法解析度嚴重依賴相機感測器陣列密度的問題，提出一種基於運動隨機**的高解析度編碼感知計算成像新方法。在編碼感知階段，設計了運動隨機**模式，用乙個較低分辨相機相對場景運動，在運動的同時通過隨機編碼序列控制快門閃動實現高速**，運動結束後完成場景的編碼混疊取樣；在優化反演階段，利用場景的先驗知識，構建相應的稀疏重建模型，重構出高解析度影象。該成像方法能夠實現較低解析度相機的高解析度成像，有效解決了傳統方法成像解析度嚴重依賴相機感測器陣列密度的問題，特別適用於由於成本、功耗、體積、重量、儲存與傳輸等限制而無法使用高效能感測器的場合，如星載對地觀測遙感成像。
針對傳統demosaicking（去馬賽克）方法存在重建效果不理想、拉鍊虛假色現象嚴重等問題，從編碼感知計算成像的角度重新審視彩色影象demosaicking過程，提出了一種基於影象稀疏模型和自適應pca（principalcomponent analysis）的demosaicking方法。該方法通過彩色影象成像模型和光譜特徵來描述各顏色分量間稀疏性，通過自適應pca來挖掘空間維稀疏性，並將二者結合，建立了1-範數最小優化正則模型，並設計了優化求解演算法。該方法能提高重建全彩色影象的抗噪能力，結果優於大多數現有demosaicking演算法，實際成像結果也顯示出了更好的視覺效果。
針對星載（機載）遙感推掃式光譜成像中空間解析度和光譜解析度受制於感測器陣列點陣密度的問題，及空間解析度和光譜解析度難以兼得的問題，根據編碼感知計算成像框架，提出了一種基於高速快門閃動的高解析度遙感光譜計算成像新方法。該方法在不改變相機結構和感測器密度的條件下，通過控制高速快門閃動來進行隨機編碼**，產生混疊效應，實現多個畫素點與乙個感測器像元對應，將豐富的場景資訊壓縮取樣到少量的觀測資料中。最後利用優化反演方法對混疊取樣訊號進行處理，重構出高解析度影象。該方法無需提高感測器陣列密度，只需控制電子快門**和資料處理，就可以做到在保持較高光譜解析度的前提下，較大提公升光譜影象的空間解析度。
針對上由於快門閃動遮擋一部分光線，從而減少了**時間，導致訊雜比下降及部分場景資訊丟失的問題，設計了另一種隨機編碼**方式，提出了基於反射角高速切換的編碼**方法。該方法採用乙個高速轉鏡將入射光分為兩路，同時進行互補隨機編碼**調製，這樣場景中所有畫素全部參與了混疊，保留了足夠的資訊。最後利用場景稀疏性構建優化反演模型，重構出高解析度光譜影象。
中國科學院上海技術物理研究所空間主動光電技術重點實驗室基於壓縮感知理論， 在單點探測計算成像的基礎上， 通過在成像系統後面搭建色散光路， 利用 ｄｍｄ這一特殊編碼孔徑模板代替傳統狹縫， 實現孔徑的擴充套件，因此大大改善了「 狹縫」光譜儀中點對線成像特點中訊雜比降低的問題。該方法在不提高感測器陣列密度， 保持較高的光譜解析度的前提下， 大幅提公升了光譜影象的空間解析度。
孫崇尚等人將透鏡系統的比例法則推廣到計算成像領域,證明計算成像的方法可以在更小的相機尺寸時獲得更高的解析度。在此基礎上研究寬視場高分辨成像。
中國科學院研究生院（光電技術研究所）餘金清針對光場相機成像和計算整合成像兩種典型的微透鏡計算成像方法進行相關研究。結合光場相機的結構特點，分別構建了兩種型別光場相機的成像與重聚焦功能演算法。結合幾何光學原理，對計算整合成像的重建方法進行相關研究。結合多基線立體測距方法，利用多幅不同視角的計算整合成像子圖對空間物體進行測距，構建了相關的測距演算法。提出了基於計算整合成像目標提取方法，實現了複雜場景中多個目標物體的提取，為複雜場景多目標提取提供了一種新的解決辦法。
蘇州大學孫建超將光學系統與計算機數字影象處理系統結合在一起進行綜合優化，在傳統光學成像系統中增加光學編碼器件，利用相位編碼技術對光資訊直接進行編碼，經探測器取樣後，再通過計算機進行訊號重構，獲取高質量的可檢視像。涉及的計算成像方法主要是對光資訊進行相位調製，相比振幅調製，相位調製對訊號的強度損害較小，探測到的訊號訊雜比較高，更有利於探測微弱訊號。分別針對相干光成像和非相干光成像這兩種情況，討論了兩種相位編碼成像方法，分別是頻譜面相位編碼成像和相位編碼隨機投影成像，利用光學器件實現資料壓縮，實現訊號的低解析度取樣，高解析度訊號復原。主要功能包括：(1)降低取樣資料量；(2)低解析度訊號取樣,高解析度訊號恢復；(3)突破衍射極限成像。
安徽大學康健研究了基於計算成像的識別，在計算成像識別方法的新框架下，研究gabor小波+區域性特徵提取+核通用向量判別(kernal discrimination common vector, kdcv)+支援向量機(support vector machine, svm)識別演算法在人臉識別、表情識別和性別識別上的應用。給出了乙個基於計算成像思想的輪廓監測識別系統,該系統通過紅外雷射主動的提取目標的輪廓資訊,然後根據輪廓資訊進行分類識別,有效的減少了資源的浪費,該系統已經獲得了軟體專利。
南京理工大學智慧型計算成像實驗室研發基於智慧型計算成像的三維定量相位顯微鏡（scscope）。顯微鏡的研發團隊成員、電光學院研二學生林飛介紹，目前常用的細胞顯微鏡觀測需要對細胞進行染色或標記，或通過外界激發光源對細胞成像進行分析，但這些標記以及長時間的暴光往往對細胞有一定的傷害，甚至導致細胞的死亡，無法獲知細胞真實狀況。而他們的「scscope」顯微鏡不但不用把活細胞染色，而且可以看到三維立體的細胞，並且任意視角觀察，「可以生成高達2.8億畫素的『全視場、高分辨』影象，這就好比在一張千人大合影中，可以看清每個人臉上的痣。」「顯微鏡經過400多年的發展，仍然沒有擺脫『可見即所得』的傳統成像模式，而他們採用『計算成像』的全新概念，這為顯微鏡的功能與效能帶來了跨越式的提公升。」該專案指導老師左超說，該作品還在同一系統中整合了多種專用顯微鏡的成像功能，且可以做到「一鍵切換」，有效促進了顯微鏡的功能多樣化、操作簡便化、成本低廉化。
近年提出的計算成像，因其對器件的效能要求不高、儲存資訊量不大，且操作方便成本低廉等優點，正在被越來越多的應用到航天遙感、醫療診斷、軍事偵查及移動成像等領域。
同年，magic leap可穿戴增強現實技術所描述的顯示器能夠創造出我們從周圍的真實物體吸收的那種3d光線形態（名為「光場」）。據維茲斯坦和其他的研究人員解釋，這可讓你的眼睛跟在現實世界中那樣聚焦於人工3d場景的深度，從而帶來一種要逼真得多的虛擬物體跟現實世界相融合的幻象。7月的商標申請檔案顯示，magic leap的技術被描述為「可穿戴計算機硬體，即整合動態光場顯示器的光學顯示系統」。 magic leap的另一項專利申請檔案稱，可以利用攝像頭、紅外感測器和超聲波感測器來感知人周圍的環境，以及識別人的姿態。感測空間深度的攝像頭現在相對便宜，且體積較小。但維茲斯坦認為，magic leap很可能需要在可穿戴裝置的計算機視覺軟體上作出重大突破，進而足夠了解周圍世界，實現非常豐富的擴增實境體驗。
同年，福特攜手英特爾打造未來車載移動內部成像技術，這項名為「移動內部成像」，或「mobii」的聯合研發專案，旨在探索通過整合內部攝像機與感測技術及已生成的車內和周圍資料，使駕駛者與車輛實現更加個性化的無縫連線，創造非凡駕駛體驗。mobii專案是由英特爾人種學家、人類學家、工程師與福特研發工程師通力合作的結晶，他們利用感知計算技術提供更有趣、直觀的車輛體驗。mobii專案將研究**內部攝像機在駕駛者授權等方面的全新用途。面部識別軟體的使用不僅可增強隱私保護，也讓mobii可識別不同的駕駛者，並根據個人偏好自動調節各項功能。
[1] 高大化.基於編碼感知的高解析度計算成像方法研究[d].西安：西安電子科技大學，2013
[2] 馬彥鵬.基於壓縮感知的單點探測計算成像技術研究[j].光學學報，2013-12-10
[3] 餘金清.基於微透鏡陣列的計算成像研究[d].北京：中國科學院研究生院，2014
[4] 孫建超.基於相位編碼技術的計算成像方法研究[d].蘇州：蘇州大學，2014
[5] 康健. 從傳統到計算成像的識別研究[d].安徽：安徽大學，2014
[6] 孫德尚. 基於計算成像的寬視場高分辨相機研究進展[j].雷射與光電子學進展，2013-03-10
【**自】
2019 09 05最新進展
今天完成的任務如下 1.學習在android studio中連線sqlite資料庫，寫了乙個及其簡單的登入註冊介面。2.將新寫的頁面上傳到gitlab中。3.繼續做臨界安全距離模型實驗，實驗資料如下 4.如下 includeusing namespace std intmain double v2 ...
2019 09 02最新進展
今天完成的工作如下 1.把我演算的安全距離模型草稿整理了。2.這個公式不用手算，寫乙個test.cpp可以輸入變數，算出結果。很簡單低階的程式。上傳到gitlab了。3.重新開啟我暑假用matlab測試的程式，把我最新的資料和理論值寫程序式。結果出bug了。正在修改bug。4.和孫磊同學交接這幾天的...
中國量子計算的最新進展及展望
分割線 2月22日，中科院量子資訊與量子科技創新研究院 以下簡稱 量子創新研究院 理事會會議暨2018年度工作會議在合肥召開。這次會議發布了三個重要的科研成果。第一，阿里巴巴和潘建偉院士團隊宣布11位元的超導晶元可以通過雲平台進行操控。第二，郭光燦院士團隊的半導體量子晶元可以實現兩位元dj演算法。第...