计算光学成像:何来，何处，何去，何从？

计算光学成像是一种通过联合优化光学系统和信号处理以实现特定成像功能与特性的新兴研究领域。它并不是光学成像和数字图像处理的简单补充,而是前端（物理域）的光学调控与后端（数字域）信息处理的有机结合,通过对照明、成像系统进行光学编码与数学建模,以计算重构的方式获取图像与信息。这种新型的成像方式将有望突破传统光学成像技术对光学系统以及探测器制造工艺、工作条件、功耗成本等因素的限制,使其在功能（相位、光谱、偏振、光场、相干度、折射率、三维形貌、景深延拓,模糊复原,数字重聚焦,改变观测视角）、性能（空间分辨、时间分辨、光谱分辨、信息维度与探测灵敏度）、可靠性、可维护性等方面获得显著提高。现阶段,计算光学成像已发展为一门集几何光学、信息光学、计算光学、现代信号处理等理论于一体的新兴交叉技术研究领域,成为光学成像领域的国际研究重点和热点,代表了先进光学成像技术的未来发展方向。国内外众多高校与科研院所投身其中,使该领域全面进入了“百花齐放,百家争鸣”的繁荣发展局面。作为本期《红外与激光工程》——南京理工大学专刊“计算光学成像技术”专栏的首篇论文,本文概括性地综述了计算光学成像领域的历史沿革、发展现状、并展望其未来发展方向与所依赖的核心赋能技术,以求抛砖引玉。     

航空光学成像气动光学传输效应计算研究综述（特邀）

随着更高的需求和科技发展推动航空飞行器工作速度的提高,航空光学成像的机动、灵活等特点显现更加突出,但实现高质量、高分辨率成像的技术难度也极具挑战性。飞行器与高速气流之间的复杂作用产生气动光学效应,光波或光束经过复杂流场与光学窗口时受到强干扰,为此吸引了众多科学家开展多学科交叉融合的相关研究工作,取得了大量的研究成果,为试验测试和工程实践提供了有力支撑。文中从气动光学流场与光学窗口两方面的计算研究入手,详细综述了气动光学传输效应的研究进展,归纳总结了相应的计算方法,综合当前技术发展趋势给出航空光学成像气动光学传输效应计算研究的思考和建议。     

光学逻辑器件和光学逻辑（Ⅰ）

文章综述了数字光计算研究中常常涉及到的光学逻辑器件以及光学逻辑运算。     

片上集成光学神经网络综述（特邀）

光学神经网络是区别于冯·诺依曼计算架构的一种高性能新型计算范式,具有低延时、低功耗、大带宽以及并行信号处理等优势。片上集成是光学神经网络微型化发展的一种典型方式,近年来片上集成光学神经网络获得了学术界及工业界的广泛关注。对基于不同计算单元结构的片上集成光学神经网络的相关研究工作进行了梳理,并分析了其设计原理、实现方法及系统架构特征。同时结合国内外最新研究进展,进一步分析了片上集成光学神经网络在计算单元大规模拓展、可重构、非线性运算和实用化等方面面临的挑战及其未来发展趋势。     

几何光学传递函数在光学设计中的应用

本文讨论几何光学传递函数在光学设计中应用的若干问题,即:微机用计算程序的设计;与自动设计过程的配合;计算精度;以MTF做象质评价等。文中画出了实用框图,并给出了计算实例。     

光学神经网络及其应用

由于光传输具备高通量、低延迟、低能耗等优势，光学神经网络有望应对目前人工智能技术发展中所面临的能耗和计算效率的挑战，成为近年来学术界和工业界的研究热点。光学神经网络的目标在于用光子作为物理载体构建人工神经网络算法中的基本计算单元，从而实现高性能的新型计算架构，并将其应用于实际问题的解决。本综述介绍了光学神经网络中关键光子器件的工作原理和特点、系统架构特征与应用场景。在跟踪大量国内外研究进展后，进一步分析了光学神经网在系统实现上所面临的挑战及发展趋势。     

同时实现OR及XOR逻辑运算的多功能计算全息光学元件

本文提出了一种在光学上同时实现两图像间的OR及XOR运算的方法,利用计算全息制成了同时进行上述两种基本逻辑运算的光学元件,并给出了实验结果。     

光学感前计算技术及其卫星遥感应用综述（特邀）

光学感前计算是一种在光电传感器前端的光学域进行信息计算处理的技术,包括编码压缩、全光智能推理等计算范式,具有传输即计算、结构即功能等显著特点,在卫星光学遥感领域有着广泛的应用前景。首先对用于感前计算的光场调制器件进行介绍,包括数字微镜器件（DMD）、液晶空间光调制器（LC-SLM）、衍射光学元件（DOE）及超表面等。然后分别梳理了感前编码压缩及全光智能推理的相关技术发展,在此基础上,着重讨论光学感前计算在卫星遥感领域的应用途径和未来发展趋势。     

用作光学相关滤波器的二元计算全息干涉图

本文对二元计算全息干涉图用作光学相关滤波器进行研究,提出对参考光载频和全息图分辩率的要求,并给出相应的实验结果。     

计算全息图实现光学变换的计算机仿真

讨论了计算全息图作为全息透镜以实现光学变换的方法,并利用计算机仿真出了结果,为检验理论设计的正确性提供了一种可靠的方法。     

宽带数字光波通信系统光学天线的设计及计算

从宽带数字光波通信系统光学天线的要求出发，采用一种简化的高斯光束计算模型，设计出收发合一，具有跟踪、扫描功能的离轴折反式光学天线，并给出了天线性能的计算和实验的结果。     

光学多比特矩阵乘法器

本文提出并实现了一种利用改进的符号数(MSD)算法和多窗口解码光学符号代换法则(MW-OSSR)实现多比特矩阵相乘的光学方法,它具有精度高和速度快的特点。实验中的计算速度为每秒实现两个2×2阶32比特的MSD矩阵相乘。     

基于智能手机平台的计算光学显微成像技术研究综述

计算光学显微成像技术将光学编码和计算解码相结合,通过光学操作和图像算法重建来恢复微观物体的多维信息,为显微成像技术突破传统成像能力提供了强大的助力。这项技术的发展得益于现代光学系统、图像传感器以及高性能数据处理设备的优化,同时也被先进的通信技术和设备的发展所赋能。智能手机平台作为高度集成化的电子设备,具有先进的图像传感器和高性能的处理器,可以采集光学系统的图像并运行图像处理算法,为计算光学显微成像技术的实现创造了全新的方式。进一步地,作为可移动通信终端,智能手机平台开放的操作系统和多样的无线网络接入方法,赋予了显微镜灵活智能化操控能力与丰富的显示和处理分析功能,可用于实现各种复杂环境下多样化的生物学检测应用。文中从四个方面综述了基于智能手机平台的计算光学显微成像技术,首先综述了智能手机平台作为光学成像器件的新型显微成像光路设计,接下来介绍了基于智能手机平台先进传感器的计算光学高通量显微成像技术,然后介绍了智能手机平台的数据处理能力和互联能力在计算显微成像中的应用,最后讨论了这项技术现存在的一些问题及解决方向。     

强流离子光学计算方法

本文讨论利用计算机辅助设计建立强流离子光学的一种计算方法，可直接绘出空间电位分布及离子运动轨迹，并且设计验证了几个实例，获得满意的结果。     

网格计算在大规模光学计算中的应用

概要介绍了网格计算的基本原理和研究背景,以及网格计算的特点、应用和目前的研究现状.着重提出了一种应用于光学设计的网格计算系统,对这个系统的任务调度、通信方式以及整个作业的具体实施过程展开讨论.并且构建了一种网格仿真实验,用来测试本系统的运行情况,重点检测网格系统对整个作业执行的时间跨度长短和负载均衡性的好坏.仿真实验的结果表明,本网格计算系统对作业执行的时间跨度随着节点的增加成倍减小,在均衡负载等方面也有显著的效果,运行状况良好.     

双层全息图研制成功

自从德国科学家罗曼于60年代提出计算机全息图以来，计算全息图已成为信息光学最重要的一个学科分支，得到了广泛的应用，极大地促进了信息光学技术的发展。与此相关．最早提山全息概念的盖伯获得了1971年的诺贝尔奖。     

信息技术在信息光学教学中的应用

通过教学实践提出将信息技术应用到信息光学的教学中,能达到更好的课程学习效果,主要通过以下三个途径:建设信息光学课程网站,整合利用网络资源;利用多媒体授课,提高信息光学教学效果;利用计算机进行数值计算,解决信息光学中的抽象问题。     

用计算全息法实现二维Morlet子波变换

应用计算全息制作子波匹配滤波器实现光学Morlet子波变换，并给出了Morlet子波变换计算机模拟结果和光学实现的实验结果，两者相一致.     

红外波段气溶胶粒子光学特性的数值计算

气溶胶是大气电磁环境中的重要组成部分,气溶胶粒子的光学特性是研究红外遥感、目标探测等激光传输特性的一个关键问题。依据粒子电磁散射理论,利用离散偶极子近似方法对不同形状、不同成分气溶胶粒子的光学特性进行计算,得到气溶胶粒子散射截面、吸收截面及不对称因子等光学特征量在0.71～11μm波段的数值结果。结果显示:入射光波长、气溶胶粒子折射率及气溶胶粒子形状是影响气溶胶粒子光学特性的主要因素。散射截面、吸收截面及不对称因子等光学特征量的数值结果也为研究气溶胶中红外激光的传输特性提供了参考依据和计算方法。     

立方半导体光学声子形变势的LMTO计算方法

本文采用LMTO-ASA能带计算方法,以冻结声子的近似模型,计算了GaP和GaAs的长波声子光学模单声子形变势.讨论了几种不同的计算方案并同非局域赝势法(NEPM)的计算结果进行了比较.研究表明,LMTO-ASA的各计算方案中与NEPM方法的结果最为接近的是空球跟随相应原子球位移的冻结势计算方案,其结果与实验结果的符合程度不亚于NEPM方法.从而为闪锌矿结构半导体长光学声子形变势的计算提供了一种可行的从头计算方法.