未来视界 计算光学带来的成像革命 第2季

邵晓鹏 教授 中国科学院西安光学精密机械研究所副所长，西安市计算成像实验室主任，173重点项目首席，科普专栏作家，曾任西安电子科技大学光电工程学院院长。 主要研究方向：计算光学成像技术、光电图像处理与模式识别、光电仪器研制与测试。 现任国家部委专业组专家，中国光学工程学会常务理事、中国光学学会理事、陕西省光学学会副理事长、西安市激光红外学会副理事长；光场调控及其系统集成应用福建省高校实验室学术委员会主任；国防工业光电信息控制和安全技术等多个实验室学术委员会委员。Advanced Imaging创刊主编，《应用光学》副主任委员，《Ultrafast Science》《激光与光电子学进展》《光学精密工程》《光子学报》《系统工程与电子技术》《数据采集与处理》《光电技术应用》《激光与红外》《航空兵器》《西安电子科技大学学报》等期刊编委。

   升维：计算光学成像的引擎 001 

1.光电成像的极限 002 

2.光场与光电成像能力的雷达图 007 

3.升维的几个例子 008 

4.升维的终极是计算探测器 015 

计算光学成像升维之大话篇 017 

1.第三只眼 019 

2.遨游东海的少年 021 

3.小时候喜欢看太阳的石猴 023 

4.太上老君无意中送给悟空的礼物 024 

5.谁是高手 026 

计算介质：摘掉光电成像的“白内障” 029 

1.术语解释 031 

2.症状：视物模糊 034 

3.诊断：光电成像的“白内障”的成因 035 

4.能否摘除光电成像的“白内障” 038 

5.摘除“白内障”的手术 039 

6.摘除“白内障”，路漫漫其修远兮 044 

按偏了的指纹：成像光谱 045 

1.颜色：人类认识光谱的开始 048 

2.光谱：物质的指纹 051 

3.按偏了的指纹：成像光谱 054 

4.成像光谱仪的发展 056 

5.化繁为简：未来的成像光谱技术 059 

授人以渔：计算光学成像的范式 061 

1.光场的“五味” 062 

2.计算成像中的光场“烹饪”准则——信息传递 065 

3.计算成像的范式设计 067 

4.牛刀小试：举例 069 

5.范式设计的核心 076 

未来“图像”数据长什么样——计算光学成像带来的数据革命 079 

1.光场如何记录 081 

2.还是矩阵吗 083 

3.看到的都是视角：光场解译与图像 085 

4.计算成像的使命：只跑第一棒 092 

5.挑战 095 

看得更广的大眼睛——广域高分辨率成像的挑战 097 

1.大视场高分辨率的魔咒：空间带宽积 099 

2.打响拓宽视场的第一枪：从1 - fSBP开始 102 

3.来自动物的启迪：复眼与多孔径 104 

4.拼了 108 

5.“大眼睛”的苦恼 110 

6.广域高分辨率成像的未来 112 

浅谈逆光成像：“逆光”还是“逆天” 115 

1.什么是逆光 117 

2.逆光成像的本质 120 

3.全链路解决逆光问题的思想 122 

4.逆光成像面临的挑战 130 

5.“逆来顺受”的好相机 131 

“破镜重圆”——光学合成孔径 133 

1.从频谱延拓开始说起 135 

2.为什么是干涉 138 

3.“双胞胎”：斐索（Fizeau）干涉和迈克尔逊（Michelson）干涉 140 

4.怎么解决光学合成孔径的“拼多多”问题 145 

5.再谈频谱拓展 146 

6.尾声 147 

苏格拉顶的申辩论——一场关于分辨率的讨论 149 

1.悖论 150 

2.释疑 152 

3.解惑 156 

4.精减 159 

5.熵增 161 

海洋光学成像——从老子的《道德经》说起 163 

1.“老子”的海洋密码

2.蓝还是绿 166 

3.光场调控，给光子“统一思想” 169 

4.水下成像 172 

5.聚散两不忘，畅游江湖海 175 

6.花样 176 

能被动“测距”的偏振三维相机：“天残”何处觅知音 179 

1.视差——视觉测距之源 182 

2.天残：偏振三维成像的天生“残疾” 186 

3.天涯何处觅知音？寻找“地缺” 187 

4.一曲肝肠断，奏唱遍天涯 190 

5.广阔的应用前景 192 

计算成像中的计量问题 197 

1.计量学及发展 199 

2.不同寻常 200 

3.熵之“殇”——信息如何测度 202 

4.计算成像计量的重点问题 205 

5.举例：偏振多光谱计算成像的计量初探 207 

6.思考 209 

元视觉与计算光学成像 211 

1.元宇宙与元视觉 213 

2.元视角——元视觉的投影 215 

3.元编码——通往元视觉之路 217 

4.元视图——我们到底要看什么 220 

5.元探测器——元视觉的品质担当 222 

成像光谱仪该长什么样——下一代成像光谱仪 225 

1.为什么说光谱是物质的指纹 227 

2.光谱识别带来的思考 229 

3.成像光谱仪的代价 231 

4.多光谱与高光谱之争 232 

5.下一代成像光谱仪 235 

信噪比：计算成像的“拦路虎” 241 

1.正视听：信噪比、信干比与信杂比之争 244 

2.全盘皆输 246 

3.算法武林，帮派林立 251 

4.信噪比之“出埃及记” 255 

5.到底谁是“拦路虎” 257 

生成式AI、物理模型与计算成像 259 

1.现实世界与物理、生成式AI 261 

2. SORA的灵魂——扩散模型

3.两个灵魂的碰撞 265 

4. SORA对计算成像的启示 268 

5.大模型还是轻量化 269 

6.思考 271 

基因、光场与信息密码 273 

1.基因 274 

2.光场 276 

3.遗传密码 278 

4.光场信息密码 278 

5.光场信息密码的变异 282 

6.记录 282 

7.尾声 284 

极简光学——单透镜可否“完美”成像 285 

1.极简光学 286 

2.从单透镜成像说起 288 

3.妥协：从单透镜到极简光学 293 

4.删繁就简——极简光学的设计准则 296 

5.未来 300 

后记 303 

参考文献 306

1、本书以科普的形式，详细阐述了计算光学成像的基础知识和实践应用。 2、深入浅出地讲述了升维、计算介质、成像光谱、计算光学成像的范式、计算光学成像带来的数据革命、广域高分辨率成像、逆光成像、光学合成孔径、关于分辨率的讨论、海洋光学成像、偏振三维相机、计算成像中的计量问题等关键技术。 3、阐述了元视觉与计算光学成像、下一代成像光谱仪、信噪比等技术。 4、围绕知识普及的目的，采用专题的形式，用通俗易懂的语言、形象直观的插图，将计算光学成像技术这一前沿技术娓娓道来。 5、建立了计算光学和光学成像等领域的理论体系，前瞻性地论述了该技术发展的方向和与其他学科的交叉融合。