轉(zhuǎn)一篇《計(jì)算成像(Computational Imaging)》 BtC*]WB"_'
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計(jì)算成像是使用依賴于大量計(jì)算的算法從測量中間接形成圖像的過程。與傳統(tǒng)成像相比,計(jì)算成像系統(tǒng)涉及傳感系統(tǒng)和計(jì)算的緊密集成,以形成感興趣的圖像。快速計(jì)算平臺(如多核cpu和gpu)無處不在,算法和現(xiàn)代傳感硬件的進(jìn)步導(dǎo)致成像系統(tǒng)的功能顯著增強(qiáng)。計(jì)算成像系統(tǒng)涵蓋了廣泛的應(yīng)用,包括計(jì)算顯微鏡,層析成像(CT),MRI,超聲成像,計(jì)算攝影,合成孔徑雷達(dá)(SAR),地震成像等。在計(jì)算成像系統(tǒng)中的傳感和計(jì)算的集成允許訪問信息,否則是不可能的。 <ErX<(0`ig
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(1)單張x射線圖像不能顯示骨折的精確位置,但CT掃描結(jié)合多張x射線圖像可以確定3D骨折的精確位置; \]u;NbC]
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(2)典型的相機(jī)圖像不能在角落周圍成像。然而,通過設(shè)計(jì)一個包括發(fā)送快速光脈沖、記錄接收到的信號和使用算法的設(shè)置,研究人員已經(jīng)展示了構(gòu)建這樣一個系統(tǒng)的第一步。 ^E.L8
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計(jì)算成像系統(tǒng)還使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠克服一些光學(xué)和傳感器的硬件限制(分辨率,噪聲等),克服在計(jì)算領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。這種系統(tǒng)的一些例子包括相干衍射成像,編碼孔徑成像和圖像超分辨率。 \uJRjw+
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雖然計(jì)算成像涵蓋了廣泛的應(yīng)用,但在計(jì)算成像系統(tǒng)中使用的算法通常與解決數(shù)學(xué)逆問題有關(guān)。算法一般分為直接反演技術(shù),通常是“快速”和迭代重建技術(shù),計(jì)算成本高,但能夠模擬更復(fù)雜的物理過程。設(shè)計(jì)計(jì)算成像系統(tǒng)算法的典型步驟是: rKrHd
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(1)闡明測量值與待估量之間的關(guān)系。這個過程需要一個數(shù)學(xué)模型來解釋測量結(jié)果與未知的關(guān)系。例如:在高動態(tài)范圍成像中,測量值是待成像區(qū)域的已知曝光序列。在x射線CT掃描中,測量值是從x射線源和探測器相機(jī)的幾個已知位置獲得的患者x射線圖像,與x射線傳播有良好的關(guān)系; $mn0I69
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(2)選擇一個度量來“反轉(zhuǎn)”度量并重構(gòu)感興趣的量。這可以是一個簡單的度量,例如測量值和模型之間的最小二乘差,也可以是一個更復(fù)雜的度量,基于對探測器噪聲統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的精確建模和感興趣對象的模型。這種選擇可能與為要重構(gòu)的量選擇統(tǒng)計(jì)估計(jì)器有關(guān); W}CM;~*L
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(3)設(shè)計(jì)快速而健壯的算法來計(jì)算步驟2的解決方案。這些算法通常使用從數(shù)學(xué)優(yōu)化和映射到快速計(jì)算平臺的技術(shù)來構(gòu)建實(shí)際系統(tǒng)。