计算成像(Computational Imaging)

发布网友发布时间：2024-10-08 02:40

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热心网友时间：2024-11-30 01:39

计算成像，一种依赖于复杂算法从间接测量中形成图像的技术，与传统成像相比，它更注重传感系统与计算的紧密集成。随着快速计算平台（如多核CPU和GPU）的普及，算法与现代传感硬件的进步，计算成像系统的能力显著增强。这一技术广泛应用于计算显微镜、CT、MRI、超声成像、计算摄影、SAR以及地震成像等。计算成像系统通过传感与计算的集成，访问了其他技术难以触及的信息。

举例而言，CT扫描利用多张X射线图像以确定3D骨折精确位置，而常规相机则难以在角落周围成像。通过设计包含快速光脉冲发送、接收信号记录和算法处理的系统，研究人员已展示构建此类系统的可行性。计算成像系统不仅帮助克服光学和传感器硬件*（如分辨率、噪声等），还解决了计算领域的挑战。相干衍射成像、编码孔径成像及图像超分辨率等是其应用实例。

计算成像系统的算法通常与数学逆问题解决相关。算法分为直接反演技术，这些技术快速，通常模拟相对简单的物理过程，以及成本更高的迭代重建技术，能够模拟更复杂的物理过程。设计计算成像系统算法的步骤包括：

1. 解释测量值与待估量之间的关系，通过建立数学模型解释测量结果与未知量的关系。例如，高动态范围成像中，测量值为已知曝光序列的待成像区域；在X射线CT扫描中，测量值与x射线传播有良好关系。

2. 选择度量，用于反转测量值并重构感兴趣量。这可能是一个简单度量，如测量值与模型之间的最小二乘差，也可能是一个更复杂的度量，基于对探测器噪声统计数据的精确建模和感兴趣对象模型的考虑。这一选择可能与为要重构的量选择统计估计器有关。

3. 设计快速且健壮的算法来计算步骤2的解决方案。这些算法通常运用数学优化和快速计算平台的技术构建实际系统。