計算光學技術對提升攝像機性價比的前景

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

計算光學成像技術對提升攝像機性價比的前景

計算光學成像（Computational Photograghy）是利用光學技術和圖像信號數(shù)字處理技術來實現(xiàn)更高性能的光學成像質量的新學科，近年來該學科發(fā)展迅速，是公認的新一代光學成像技術。計算光學成像技術派生出來的多種技術都可以應用到提升安防攝像機性價比的項目中。

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

研究計算光學成像技術的單位包括Microsoft、Google，Apple等多家公司、研究所和大學，如斯坦福、杜克、北理工等等。全球擁有EDoF技術的主要企業(yè)有五家：OV-CDM,DXO,DBLUR,TESSERA和TYPONTEQ。其中,Typonteq為中國企業(yè)。Typonteq公司已經用樣機驗證了6倍的焦深延拓的實用技術。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。

計算光學成像技術派生出的另一項技術是EIDOF（Extension of Iris and Depth of Field，光圈景深聯(lián)合延拓）技術。EIDOF是利用計算光學成像的原理實現(xiàn)光圈景深聯(lián)合延拓的光學成像技術。EIDOF技術以光學和信息技術相結合，改變了傳統(tǒng)的光學設計思路，通過對光信息進行編碼，再用計算機信息處理技術解碼，使得光學系統(tǒng)的光圈和景深都得到擴展，從而在增大光圈、提高光通量的前提下使景深得到擴展，解決了大光圈和大景深同時實現(xiàn)的矛盾。

EIDOF技術可以擴大光圈直徑1.5倍以上、實現(xiàn)通光率擴大2倍以上的效果,從而提高成像系統(tǒng)的成像信噪比；在光圈擴大的同時，擴大焦深4倍以上，實現(xiàn)景深延拓的成像。另外應用EIDOF技術的光學系統(tǒng)具有精度要求低，裝調更簡單，可靠性更高的特點。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拍照減小拖尾，清晰成像范圍擴大，提高識別目標的準確度。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的大趨勢下，EIDOF以其全新一代的設計思路和理念使其具有未來光電成像鏡頭的新一代技術，在安防、軍工、消費類電子有著廣泛的應用前景。

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

計算光學成像技術派生出的另一項技術是Magixoom技術。Magixoom是利用現(xiàn)代計算光學（Computational Photography）技術的原理，來實現(xiàn)具有超強的光學圖像信息獲取能力的、具有復眼結構的新概念光學成像技術。Magixoom技術具有實現(xiàn)看得寬、遠、清的特點，即具備廣角和特寫兼?zhèn)?、動態(tài)細節(jié)長時間跟拍的新體驗。和傳統(tǒng)單眼成像技術相比，Magixoom技術具有領先一代的原理、性能、性價比，是高性能光電成像技術的發(fā)展方向。

Magixoom技術是Typonteq公司獨立投資、獨立開發(fā)的專利技術。Magixoom技術可以同時實現(xiàn)寬視場、高分辨率、低照度成像，顛覆了多個指標無法同時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建高性能的系統(tǒng)，在低照度、高分辨率、寬視場角、高性價比等方面超越目前產品的性能。

計算光學成像技術派生出的另一項技術是TyIQ:像質提升技術。TyIQ:像質提升技術是Typonteq技術團隊基于對光學成像機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，并結合已有的技術成果和技術手段開發(fā)出的圖像像質提升技術。其本質是用軟件提升鏡頭分辨率的技術，使圖像更清晰通透。

TyHDR技術——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上進一步拓寬圖像動態(tài)范圍。TyHDR技術是基于創(chuàng)新的顏色空間HGlCl-確保HDR處理中色調不變；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時。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（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，能夠創(chuàng)造出更好體驗、更高性能、更低成本的計算光學技術和產品會越來越多，我們相信計算光學成像技術必將成為引領行業(yè)發(fā)展的新一代光學成像技術，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公司LinX的消息再一次佐證了計算光學成像技術的先進性和引領行業(yè)發(fā)展的判斷。