计算成像优化：简化光学系统设计提升图像复原质量

本文档探讨了在现代光电成像设备发展中所面临的挑战，特别是体积大、重量重和成本高昂的问题。传统设计通常将光学系统设计与图像复原视为两个独立的过程，但这种做法可能导致效率低下和性能受限。作者引入了一种创新的方法，即基于全局性优化的极简光学系统设计，试图通过整合这两个关键环节来改善整体系统性能。 首先，作者详细分析了不同类型的几何光学像差对图像复原带来的影响。像差是光学系统中的常见问题，包括球差、彗差、色差等，它们会导致图像失真，复原起来难度不一。理解这些像差的特性有助于设计出更有利于图像复原的光学系统。 接着，文档引入了光学-图像全局性自动优化迭代技术。这一方法的核心思想是将光学系统的性能目标与图像复原算法的需求相结合，通过迭代过程共同优化整个光学传递函数（OTF）。OTF决定了光经过光学系统后形成的频率响应，对图像质量有直接影响。通过这种方式，设计者能够创建出在复原算法下性能更优的OTF，使得图像处理过程更加高效。 在具体实践部分，文档比较了采用全局优化设计的单透镜和三透镜光学系统的输出模糊图像与复原后的图像质量。结果显示，经过全局优化，复原后的图像在对比度、清晰度以及边缘保持方面都有所提高。这表明，通过将光学像差的部分校正任务转移到图像复原算法，可以减轻光学系统设计的压力，从而实现光学系统结构的简化。 这篇文档展示了利用全局性优化策略在光电成像领域的应用潜力，它不仅提高了系统性能，还为光学系统设计提供了一种新的、更为综合的方法。未来的研究可能进一步探索如何优化全局优化算法，以适应更多复杂的光学应用场景，并且降低系统复杂性和成本，推动光电成像技术的发展。