哈工大侯晴宇教授团队在高分辨率计算成像领域取得重要突破

哈工大全媒体（商艳凯 刘玉菡/文 航天学院/图）近日，我校航天学院、哈工大郑州研究院侯晴宇教授团队在计算光学成像领域取得重要突破，创造性地提出光学注意力机制（Optical Attention，OA），为高性能、轻量化成像系统的设计开辟了新范式。相关成果以《面向高分辨率计算成像的光学注意力机制》（Optical attention mechanism for high-resolution computational imaging）为题发表在美国光学学会旗下学术期刊《光学》（Optica）上。该研究突破了传统光学设计的理论框架，显著降低了高分辨率成像对复杂光学系统的依赖，在手机摄像、医疗内窥镜、车载传感等对体积重量敏感的领域具有广阔的应用前景。

传统光学设计通过堆叠大量透镜来协同校正所有像差，以实现高分辨率清晰成像，导致系统冗繁、成本高昂。计算成像技术允许光学系统保留部分像差，再通过算法复原图像，但如何精准控制光学系统、只保留“可被算法校正”的像差，一直是悬而未决的核心难题。

针对这一难题，研究团队独辟蹊径，从人类视觉系统的选择性注意力机制中汲取灵感，创新性地提出光学注意力机制（OA），即通过“像差分量”的新概念，将系统总像差分解并溯源至每一个光学表面的任意位置，从而精准识别出对光线汇聚能力强的“注意力区域”，对这些区域采用传统像差约束进行优化，确保其高效传递高分辨率信息；而对其他“非注意力区域”，则创新性地施加“无损发散”约束，引导其将光线折射至特定的、不影响系统高频传递函数的位置，从而避免其对成像分辨率产生负面影响，在保证高频信息传递能力的前提下，大幅降低对复杂透镜结构的依赖。研究团队搭建了实物验证系统，成功拍摄并复原出了细节丰富、可与商用复杂镜头相媲美的高质量图像，从实验上证明了光学注意力机制的巨大潜力。

“注意力区域”识别与“无损发散”约束研究

基于光学注意力的高分辨率单透镜相机实拍及复原图像

哈工大空间光学工程研究中心为论文第一署名单位，航天学院博士生李宗岭为论文第一作者，侯晴宇教授为论文通讯作者。该研究获国家自然科学基金项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1364/OPTICA.570600