計(jì)算光學(xué)技術(shù)對提升攝像機(jī)性價(jià)比的前景

最近我接觸了一家從事計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)的高科技公司。在了解基本情況之后，我對于這些技術(shù)在監(jiān)控攝像機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分看好，特撰寫本文向大家介紹有關(guān)情況和我的一些看法。

計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)對提升攝像機(jī)性價(jià)比的前景

計(jì)算光學(xué)成像（Computational Photograghy）是利用光學(xué)技術(shù)和圖像信號數(shù)字處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)更高性能的光學(xué)成像質(zhì)量的新學(xué)科，近年來該學(xué)科發(fā)展迅速，是公認(rèn)的新一代光學(xué)成像技術(shù)。計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)派生出來的多種技術(shù)都可以應(yīng)用到提升安防攝像機(jī)性價(jià)比的項(xiàng)目中。

計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)派生出來的，當(dāng)前最有應(yīng)用前景的技術(shù)是EDoF技術(shù)。EDoF（Extentionof DepthofField，景深延拓）技術(shù)是利用計(jì)算光學(xué)原理實(shí)現(xiàn)景深延拓的一種數(shù)字光學(xué)成像技術(shù)。EDoF用簡單的語言表示其作用就是用數(shù)字技術(shù)模擬光學(xué)的對焦系統(tǒng)。和笨重而昂貴的自動對焦機(jī)制不同，EDoF的特制鏡頭通過特殊的相位掩模板對圖像進(jìn)行編碼產(chǎn)生編碼中間像，再通過EDOF解碼技術(shù)對中間像進(jìn)行解碼得到最終清晰的大景深圖像。EDoF技術(shù)不同于傳統(tǒng)的光學(xué)成像，在光學(xué)鏡頭中應(yīng)用對稱波前編碼技術(shù)，通過信息處理的方法實(shí)現(xiàn)解碼，獲得大景深圖像。

研究計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)的單位包括Microsoft、Google，Apple等多家公司、研究所和大學(xué)，如斯坦福、杜克、北理工等等。全球擁有EDoF技術(shù)的主要企業(yè)有五家：OV-CDM,DXO,DBLUR,TESSERA和TYPONTEQ。其中,Typonteq為中國企業(yè)。Typonteq公司已經(jīng)用樣機(jī)驗(yàn)證了6倍的焦深延拓的實(shí)用技術(shù)。景深延拓輔助大景深3D成像可以用于微距成像（窄視場成像）系統(tǒng)，如二維碼掃描槍，虹膜識別系統(tǒng)等。

計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)派生出的另一項(xiàng)技術(shù)是EIDOF（Extension of Iris and Depth of Field，光圈景深聯(lián)合延拓）技術(shù)。EIDOF是利用計(jì)算光學(xué)成像的原理實(shí)現(xiàn)光圈景深聯(lián)合延拓的光學(xué)成像技術(shù)。EIDOF技術(shù)以光學(xué)和信息技術(shù)相結(jié)合，改變了傳統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)思路，通過對光信息進(jìn)行編碼，再用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)解碼，使得光學(xué)系統(tǒng)的光圈和景深都得到擴(kuò)展，從而在增大光圈、提高光通量的前提下使景深得到擴(kuò)展，解決了大光圈和大景深同時(shí)實(shí)現(xiàn)的矛盾。

EIDOF技術(shù)可以擴(kuò)大光圈直徑1.5倍以上、實(shí)現(xiàn)通光率擴(kuò)大2倍以上的效果,從而提高成像系統(tǒng)的成像信噪比；在光圈擴(kuò)大的同時(shí)，擴(kuò)大焦深4倍以上，實(shí)現(xiàn)景深延拓的成像。另外應(yīng)用EIDOF技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)具有精度要求低，裝調(diào)更簡單，可靠性更高的特點(diǎn)。Typonteq公司開發(fā)出光圈孔徑延拓1.5倍，景深延拓近4倍的系統(tǒng)。

大光圈特性被稱作“暗夜之王”的原因是其低照效果，在其他條件相同時(shí)具有更大的優(yōu)勢。大景深特性及高速成像特性可以使高速目標(biāo)拍照減小拖尾，清晰成像范圍擴(kuò)大，提高識別目標(biāo)的準(zhǔn)確度。在分辨率越來越高，像素越來越小，低照度成像需求越來越強(qiáng)的大趨勢下，EIDOF以其全新一代的設(shè)計(jì)思路和理念使其具有未來光電成像鏡頭的新一代技術(shù)，在安防、軍工、消費(fèi)類電子有著廣泛的應(yīng)用前景。

計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)派生出的另一項(xiàng)技術(shù)是Accucolor（色彩高保真）技術(shù)。Accucolor技術(shù)是Typonteq公司獨(dú)立開發(fā)的一種光學(xué)成像顏色復(fù)原技術(shù)，具有顏色保真度高，顏色復(fù)原不依賴于場景，高亮顏色真實(shí)的優(yōu)勢，是替代自動白平衡（AWB）的新一代顏色復(fù)原技術(shù)。Accucolor提供全新一代白平衡處理算法，具有更好的數(shù)碼成像顏色復(fù)原效果。Accucolor、Accushape（形狀保真）及Acculuma（亮度保真）在高品質(zhì)成像和顯示應(yīng)用中可以有廣泛的應(yīng)用。如Accushape技術(shù)在攝影測量中有著巨大的應(yīng)用潛力，在手機(jī)中可以為自拍圖像進(jìn)行?；?，提升自拍效果。

計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)派生出的另一項(xiàng)技術(shù)是Magixoom技術(shù)。Magixoom是利用現(xiàn)代計(jì)算光學(xué)（Computational Photography）技術(shù)的原理，來實(shí)現(xiàn)具有超強(qiáng)的光學(xué)圖像信息獲取能力的、具有復(fù)眼結(jié)構(gòu)的新概念光學(xué)成像技術(shù)。Magixoom技術(shù)具有實(shí)現(xiàn)看得寬、遠(yuǎn)、清的特點(diǎn)，即具備廣角和特寫兼?zhèn)?、動態(tài)細(xì)節(jié)長時(shí)間跟拍的新體驗(yàn)。和傳統(tǒng)單眼成像技術(shù)相比，Magixoom技術(shù)具有領(lǐng)先一代的原理、性能、性價(jià)比，是高性能光電成像技術(shù)的發(fā)展方向。

Magixoom技術(shù)是Typonteq公司獨(dú)立投資、獨(dú)立開發(fā)的專利技術(shù)。Magixoom技術(shù)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬視場、高分辨率、低照度成像，顛覆了多個(gè)指標(biāo)無法同時(shí)提高而只能綜合平衡的極限；可以利用普通工藝的低成本光電器件構(gòu)建高性能的系統(tǒng)，在低照度、高分辨率、寬視場角、高性價(jià)比等方面超越目前產(chǎn)品的性能。

計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)派生出的另一項(xiàng)技術(shù)是TyIQ:像質(zhì)提升技術(shù)。TyIQ:像質(zhì)提升技術(shù)是Typonteq技術(shù)團(tuán)隊(duì)基于對光學(xué)成像機(jī)理的理解和新的成像規(guī)律發(fā)現(xiàn)和利用以提升成像信噪比，并結(jié)合已有的技術(shù)成果和技術(shù)手段開發(fā)出的圖像像質(zhì)提升技術(shù)。其本質(zhì)是用軟件提升鏡頭分辨率的技術(shù)，使圖像更清晰通透。

TyHDR技術(shù)——單幀和多幀HDR是基于單幀的HDR算法，可以在多幀合成的單幀圖像的基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓寬圖像動態(tài)范圍。TyHDR技術(shù)是基于創(chuàng)新的顏色空間HGlCl-確保HDR處理中色調(diào)不變；是基于創(chuàng)新圖像屬性定義的專利算法；其算法簡單快速，在一定條件下可以實(shí)時(shí)。HGlCl顏色空間是一種理論創(chuàng)新的成果，是基于CIEXYZ顏色空間的，基于全新定義的色貌刺激值彩量（Chromatic Level）、灰量（Gray Level）和色調(diào)（Hue）的色貌屬性顏色空間。全面優(yōu)于CIELAB。

隨著信息處理能力的增強(qiáng)，能夠創(chuàng)造出更好體驗(yàn)、更高性能、更低成本的計(jì)算光學(xué)技術(shù)和產(chǎn)品會越來越多，我們相信計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)必將成為引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的新一代光學(xué)成像技術(shù)，并顛覆光電成像行業(yè)。

另，成稿期間公布的蘋果公司收購以色列攝像頭技術(shù)公司LinX的消息再一次佐證了計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)的先進(jìn)性和引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的判斷。