End-to-end computational optics with a singlet lens for large depth-of-field imaging

计算机科学 景深 镜头(地质) 点扩散函数 光学 人工智能 计算机视觉 折反射系统 高保真 视野 图像质量 图像(数学) 物理 声学
作者
Yuankun Liu,Chongyang Zhang,Tingdong Kou,Yueyang Li,Junfei Shen
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:29 (18): 28530-28530 被引量:50
标识
DOI:10.1364/oe.433067
摘要

Large depth-of-field (DOF) imaging with a high resolution is useful for applications ranging from robot vision to bio-imaging. However, it is challenging to construct an optical system with both a high resolution and large DOF. The common solution is to design relatively complex optical systems, but the setup of such systems is often bulky and expensive. In this paper, we propose a novel, compact, and low-cost method for large-DOF imaging. The core concept is to (1) design an aspherical lens with a depth-invariant point spread function to enable uniform image blurring over the whole depth range and (2) construct a deep learning network to reconstruct images with high fidelity computationally. The raw images captured by the aspherical lens are deblurred by the trained network, which enables large-DOF imaging at a smaller F number. Experimental results demonstrate that our end-to-end computational imager can achieve enhanced imaging performance. It can reduce loss by up to 46.5% compared to inherited raw images. With the capabilities of high-resolution and large-DOF imaging, the proposed method is promising for applications such as microscopic pathological diagnosis, virtual/augmented reality displays, and smartphone photography.

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