利用优化的径向掩膜进行大景深无透镜成像

相机中最著名的部件之一--镜头，不再需要拍摄完全对焦的图像。取而代之的是，在图像传感器上加一个小遮罩就足够了。然而，遮罩的类型会极大地影响图像的清晰度。

使用优化径向掩膜的无镜头相机扩展景深成像。CC BY, 2023 Nakamura et al. 图片来源：IEEE《计算成像》杂志

大阪大学的研究人员在发表于《电气和电子工程师协会计算成像论文集》（IEEE Transactions on Computational Imaging）的一项新研究中提出了一种具有扩大景深的改进型径向编码掩膜，用于锐化图像前景和背景中的物体。

随着相机设计变得越来越薄、越来越轻，一个关键的限制就是镜头，它必须有特定的尺寸、形状和距离，才能将光线聚焦到图像传感器上。在无镜头相机中，传感器捕捉模糊图像，然后使用重构算法 "聚焦 "图像。

之所以能做到这一点，是因为提取图像所需的信息已在点扩散函数中编码，而点扩散函数是光线与传感器前的掩膜之间的相互作用。

无镜头相机的一个优点是，可以通过有意调整遮罩来改变其特性。例如，在本研究中就可以调整景深。传统无镜头照相机的点扩散函数会随着拍摄对象的距离而波动，而且照相机只能在一个重建步骤中清晰地捕捉特定距离上的拍摄对象。

研究人员打算开发一种能聚焦前景和背景物体的无镜头相机。也就是说，他们需要一台具有广阔景深的照相机，他们发现，从中心向外辐射的部分像星芒一样的遮罩就足够了。

大阪大学的智能媒体系统小组发现，截面的数量和厚度也会影响特征。较薄的部分更能突出小细节，而较宽的部分较少则能突出平滑区域。因此，该小组采用了一种优化技术来为所有部件建立理想的遮罩，并发现薄区和厚区的某种组合效果很好。

通过模拟和实际原型对遮罩进行了评估，发现景深有所扩大。

无透镜照相机比一般照相机更小、更薄、更轻，改善焦深是生产可用于医疗和工业检测等实际应用的设备的重要一步。此外，还有多种类型和组合的掩膜可供研究，这可能会使无透镜照相机在未来成为一种可行且广泛应用的技术。

参考资料

Neto, J. R. C. S. A. V. S., et al. (2023) Extended Depth-of-Field Lensless Imaging Using an Optimized Radial Mask. IEEE Transactions on Computational Imaging. doi:10.1109/TCI.2023.3318992