利用計(jì)算成像從二維全息圖創(chuàng)建三維圖像

在過(guò)去十年中，計(jì)算成像取得了巨大的進(jìn)步。該過(guò)程涉及使用高級(jí)算法和硬件的組合來(lái)創(chuàng)建傳統(tǒng)相機(jī)無(wú)法捕獲的圖像。

利用計(jì)算成像工具，亞利桑那大學(xué)光學(xué)科學(xué)教授大衛(wèi)·布雷迪（David Brady）開(kāi)發(fā)了一種稱為稀疏全息術(shù)的新技術(shù)，該技術(shù)可以從二維全息圖創(chuàng)建三維圖像。

布雷迪說(shuō)：“通常，當(dāng)你看全息圖時(shí)，你可以看到物體就好像它在那里一樣，但你不能真正重建它，就像它是一個(gè)真正的三維物體一樣。”

布雷迪開(kāi)發(fā)了一套用于測(cè)量二維全息圖的算法和策略，并使用這些測(cè)量值來(lái)估計(jì)三維物體。生成的圖像不是照片；相反，它是場(chǎng)景的三維表示。布雷迪說(shuō)，一個(gè)人可以使用交互式軟件或通過(guò)3D打印模型來(lái)查看3D表示。

布雷迪說(shuō)：“成像的問(wèn)題在于照片和成像系統(tǒng)只形成二維圖像，但世界實(shí)際上是三維的”。他的稀疏全息工作為他贏得了2023年Optica頒發(fā)的埃米特·N·利斯獎(jiǎng)?wù)?，這是一個(gè)致力于光學(xué)和光子學(xué)的國(guó)際組織。

布雷迪說(shuō)，他的研究興趣一直圍繞著光學(xué)成像，而稀疏全息術(shù)多年來(lái)成為了一種自然的延伸。稀疏全息術(shù)是布雷迪和他的研究小組20年來(lái)一直在研究的一個(gè)更廣泛的高效3D成像系統(tǒng)項(xiàng)目的一部分。

布雷迪說(shuō)：“我的團(tuán)隊(duì)的核心研究興趣是如何將光學(xué)測(cè)量推向可能的物理極限”。

2012年，Brady和他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)在單個(gè)設(shè)備中集成98個(gè)微型相機(jī)，開(kāi)發(fā)了世界上第一個(gè)千兆像素相機(jī)。用相機(jī)拍攝的圖像顯示出前所未有的細(xì)節(jié)。

布雷迪的稀疏全息技術(shù)可用于需要3D圖像的情況，包括需要三維移動(dòng)物體的情況。

通常，不可能創(chuàng)建移動(dòng)物體的3D圖像，例如通過(guò)顯微鏡觀察的活組織或生物體，Brady說(shuō)：“稀疏全息術(shù)使其成為一種可能性?！?/p>

他說(shuō)：“我們可以形成游魚(yú)或移動(dòng)物體的三維圖像。稀疏全息術(shù)也可用于測(cè)量自動(dòng)駕駛汽車(chē)或視頻游戲的3D場(chǎng)景?！?/p>

布雷迪的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將稀疏全息技術(shù)用于現(xiàn)實(shí)世界的場(chǎng)景，如X射線系統(tǒng)和許多類型的相機(jī)。

布雷迪說(shuō)：“盡管聽(tīng)起來(lái)很復(fù)雜，但計(jì)算成像工具對(duì)用戶變得越來(lái)越友好，并且越來(lái)越好?！?/p>

他說(shuō)：“我們可以捕獲非常高的幀率圖像，非常高分辨率的圖像，并使用這些計(jì)算成像工具來(lái)突破空間，時(shí)間和維度的分辨率極限?！?/p>

布雷迪在三月份因其工作而被授予埃米特·N·利斯獎(jiǎng)?wù)?。該?jiǎng)?wù)掠?006年設(shè)立，以紀(jì)念全息和光學(xué)信息處理領(lǐng)域的世界知名科學(xué)家Emmett N. Leith，以表彰對(duì)該領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)。

未來(lái)，布雷迪的研究小組正計(jì)劃從微型相機(jī)陣列中開(kāi)發(fā)“超級(jí)相機(jī)”，類似于由小型計(jì)算機(jī)構(gòu)建的超級(jí)計(jì)算機(jī)。Brady的團(tuán)隊(duì)正在一系列相機(jī)上使用全息測(cè)量來(lái)增加光圈的大小，光圈是光線可以進(jìn)入相機(jī)的開(kāi)口。布雷迪說(shuō)，稀疏全息術(shù)使相機(jī)能夠從像足球場(chǎng)一樣大的區(qū)域內(nèi)解析比人類頭發(fā)還小的特征。

布雷迪說(shuō)：“隨著人工智能生成的圖像和操縱的‘深度偽造’的最新進(jìn)展，每個(gè)人都認(rèn)識(shí)到我們正處于成像系統(tǒng)性質(zhì)的根本變化之中。”

他說(shuō)：“雖然人工智能將改變我們與數(shù)據(jù)的交互，但潛在的故事是計(jì)算成像正在提高我們看世界的能力。”

審核編輯 ：李倩