光学学报, 2020, 40 (1): 0111003, 网络出版: 2020-01-06   

深度学习下的计算成像:现状、挑战与未来 下载: 11290次特邀综述

Deep Learning Based Computational Imaging: Status, Challenges, and Future
左超 1,2冯世杰 1,2张翔宇 1,2韩静 2陈钱 2,*
作者单位
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院,智能计算成像实验室(SCILab), 江苏 南京 210094
2 南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室, 江苏 南京 210094
图 & 表

图 1. 计算光学成像系统的成像过程

Fig. 1. Imaging process of computational optical imaging system

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图 2. 基于“目的与动机”对典型深度学习计算成像技术所作的分类

Fig. 2. Classification of typical deep learning based computational imaging techniques according to their objectives and motivations

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图 3. 使用深度学习进行单帧无透镜相位恢复[4]

Fig. 3. Single-frame lensless phase recovery using deep learning[4]

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图 4. 使用深度学习技术进行少图快速FPM成像[10]

Fig. 4. Fast FPM imaging with few images using deep learning technology[10]

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图 5. 基于深度学习的条纹分析方法原理与相位重构结果对比[37]。(a)基于深度学习的条纹分析方法原理图; (b)傅里叶变换法重构结果;(c)加窗傅里叶变换法重构结果;(d)深度学习法重构结果;(e) 12步相移法重构结果

Fig. 5. Principle of fringe analysis method based on deep learning and comparison of phase reconstruction results[37]. (a)Principle of fringe analysis method based on deep learning; (b) reconstruction result of FT; (c) reconstruction result of WFT; (d) reconstruction result of proposed deep-learning method; (e) reconstruction result of 12-step phase-shifting profilometry

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图 6. 使用深度神经网络的单像素技术框架[14]

Fig. 6. Framework of single-pixel technique using deep neural network[14]

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图 7. 基于深度学习进行散射介质成像的网络原理图[28]

Fig. 7. Network of deep learning based imaging through scattering medium[28]

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图 8. 基于深度学习进行三维衍射层析重建的基本框图[26]

Fig. 8. Basic framework of 3D diffraction tomography reconstruction based on deep learning[26]

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图 9. 基于深度学习进行光学衍射层析的网络原理图[27]

Fig. 9. Schematic of network of optical diffraction tomography based on deep learning[27]

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图 10. 使用深度神经网络的数字全息离焦距离计算框架[6]

Fig. 10. Framework of defocusing distance calculation in digital holography based on deep neural network[6]

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图 11. 针对视网膜光学相干断层图像的边界自动分割原理图[23]

Fig. 11. Schematic of automatic boundary segmentation framework for retinal OCT image[23]

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图 12. 基于深度学习进行超分辨率成像的网络框架示意图[20]

Fig. 12. Network framework of super-resolution imaging based on deep learning[20]

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图 13. 基于深度学习进行STED超分辨率成像的实验结果[17]

Fig. 13. Experimental results of STED super-resolution imaging based on deep learning[17]

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图 14. 基于深度学习进行极弱光成像的结果[34]。(a)摄像机输出(ISO 8000);(b)摄像机输出(ISO 409600);(c)由原始数据(a)恢复得到的结果

Fig. 14. Results of imaging using very weak light based on deep learning[34]. (a) Camera output with ISO 8000; (b) Camera output with ISO 409600; (c) recovered result from raw data of Fig. 14(a)

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图 15. 基于深度学习进行虚拟染色成像的网络框架示意图[35]

Fig. 15. Network framework of virtual staining imaging based on deep learning[35]

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图 16. 模型驱动的深度学习方法[98]

Fig. 16. Model-driven deep-learning approach[98]

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图 17. 物理(左)和图像分类(右)关联的因果层次结构[99]

Fig. 17. Causal hierarchy structure relevant to physics (left) and image classification (right)[99]

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图 18. 在熊猫图片中加入轻微随机噪声,CNN模型将图片识别为长臂猿[104]

Fig. 18. After adding slight noise into Panda image, CNN model recognizes image as Gibbon[104]

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图 19. 深度学习与经典理论算法之间的客观公证对比

Fig. 19. Comparison between deep learning and classical theoretical algorithm should be objective

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图 20. 深度学习被用于预测地震遭到了质疑

Fig. 20. Forecasting earthquake using deep learning hit with rebuttals has been questioned

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左超, 冯世杰, 张翔宇, 韩静, 陈钱. 深度学习下的计算成像:现状、挑战与未来[J]. 光学学报, 2020, 40(1): 0111003. Chao Zuo, Shijie Feng, Xiangyu Zhang, Jing Han, Chen Qian. Deep Learning Based Computational Imaging: Status, Challenges, and Future[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(1): 0111003.

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