近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所信息光學(xué)與光電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究員司徒國海課題組在基于深度學(xué)習(xí)的計(jì)算成像方法上取得新進(jìn)展，為深度學(xué)習(xí)在計(jì)算成像方面的應(yīng)用提供了理論和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。相關(guān)成果發(fā)表于[Optics Express 27, 18, 25560 (2019)]。

　　計(jì)算成像是計(jì)算機(jī)技術(shù)和光學(xué)成像技術(shù)的交叉領(lǐng)域，近年來，隨著人工智能尤其是深度學(xué)習(xí)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于深度學(xué)習(xí)的圖像重建算法被廣泛應(yīng)用于計(jì)算成像中。但現(xiàn)有基于深度學(xué)習(xí)的計(jì)算成像方法需預(yù)先在大量輸入輸出數(shù)據(jù)對上訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)驗(yàn)時(shí)需采集大量數(shù)據(jù)，并且當(dāng)成像場景或成像系統(tǒng)發(fā)生較大變化時(shí)需重新采集。這限制了該方法的實(shí)際應(yīng)用。

　　該課題組提出了一種利用仿真數(shù)據(jù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于恢復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法，并在計(jì)算鬼成像（一種單像素成像方法，通過多個(gè)照明光場及其編碼物體后所得強(qiáng)度漲落信息進(jìn)行圖像重建）中驗(yàn)證了該方法的可行性。首先，基于計(jì)算鬼成像的原理和實(shí)驗(yàn)器件參數(shù)仿真生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)，然后利用仿真數(shù)據(jù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（圖1）。訓(xùn)練所得網(wǎng)絡(luò)能夠在6.25%的采樣比下恢復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)的強(qiáng)度關(guān)聯(lián)和壓縮感知方法，具有更好的重建效果，且在重建過程中無需使用照明光場的信息，是一種端到端的方法（圖2）。另外，得益于計(jì)算鬼成像的獨(dú)特優(yōu)勢，該方法在物體與探測器之間存在散射介質(zhì)時(shí)仍能恢復(fù)圖像，而無需對散射介質(zhì)進(jìn)行仿真（圖3）。

　　相關(guān)研究得到國家自然科學(xué)基金和中德合作小組的支持。

　　論文鏈接 

　　圖1 仿真數(shù)據(jù)生成和網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程

　　圖2 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比

　　圖3 透過散射介質(zhì)進(jìn)行成像