前不久，“超級月亮”又現夜空。當晚，江蘇省南京市市民小宇一抬頭便被又大又圓的月亮所吸引，趕緊用手機拍下這難得的美景，后發(fā)在朋友圈進行分享。

如今，僅用一個小小的手機，就能拍出月球表面環(huán)形山的輪廓。但在過去，想拍出這些，需要專業(yè)相機和長焦鏡頭。而這背后，正是計算攝像技術的功勞。

在南京大學就有這樣一位鉆研計算攝像學的“追光者”——曹汛。他是最年輕的國家技術發(fā)明獎一等獎完成人之一;他攻克了動態(tài)光譜成像難題，并將研究成果應用于化工生產園區(qū)……

初出茅廬便躋身國家級獎項獲獎團隊

公元前400年，墨子最早發(fā)現小孔成像原理并記錄了光影成像的過程，從此之后，人類就開始了自己的“追光之旅”。從膠片相機、數碼相機、攝像機，到現在隨時隨地都可以進行拍攝的手機，人類記錄圖像的技術在不斷更新。

計算攝像學是本世紀才興起的新興學科，這是一個綜合電子、光學、視覺、圖形學等多學科知識的交叉研究領域。最初，曹汛也是個“門外漢”，“但是我想做出一個原創(chuàng)的東西，一個別人沒有做過的東西”。

傳統(tǒng)攝像與計算攝像有什么不同呢?

曹汛舉例道，傳統(tǒng)攝影、攝像在視場與分辨率上不可兼得，即視場大了分辨率就無法保證。而用計算攝像技術拍攝得到一張全景圖片后，可以選擇任意一個想要看得更清楚的位置進行放大。

十年前，29歲的曹汛憑借光場拍攝矩陣技術，成為國家技術發(fā)明獎一等獎獲獎團隊中的一員。

利用光場拍攝矩陣技術，可實現人物角色的3D真人數字化。這項技術一誕生，就被用于國內首部真人CG電影中，影視公司用其可以精確、快速地進行三維拍攝和重建，此前只有美國好萊塢掌握這項技術。

同時，這項技術可廣泛運用于工業(yè)檢測、醫(yī)學成像、文物保護與重建、電子商務等眾多領域。

“人類獲取的信息，80%左右來自視覺，要全面、精確地捕捉真實世界的視覺信息，就需要我們不斷去突破經典成像模型和相機硬件的局限。”曹汛說。

推動光譜成像實現由“靜”到“動”的跨越

獲獎之后的曹汛，開始鉆研處于空白地帶的動態(tài)高光譜成像技術。

“光譜成像技術應用廣泛，比如衛(wèi)星光譜相機，可以尋找礦產、分析地質、預測糧食產量等。”曹汛說，但是傳統(tǒng)光譜成像只能拍攝靜態(tài)的圖像。

經過十多年的努力，曹汛提出棱鏡—掩模調制的光譜視頻成像方法(PMVIS)并研制了系列光譜相機及裝置，推動了光譜成像實現由“靜”至“動”的跨越。這項成果被國際權威研究機構稱為光譜視頻成像的三種代表性技術之一，能被應用于人臉活體檢測、環(huán)境保護、疫情防控等領域。

為了讓這項世界前沿的技術落地轉化，曹汛走訪了許多行業(yè)和部門，跑遍了全國上百個化工生產園區(qū)。

我國平均每年會發(fā)生許多起因化工氣體泄漏造成的安全生產事故，例如江蘇響水“3·21”爆炸事故，造成了將近20億元的直接經濟損失和巨大的人員傷亡，而這些事故皆是因化工氣體泄漏而引起的。但是，化工氣體的泄漏往往是肉眼看不見的，現有的檢測設備大多也無能為力，不過利用光譜成像是可以“看到”的。

曹汛帶領科研團隊針對常見的化工泄漏氣體，專門設計了光譜智能預警監(jiān)控系統(tǒng)，它不僅能夠識別不同化工氣體，還能追蹤其擴散軌跡，實現氣體泄漏的快速感知與實時監(jiān)測，成為識別化工產業(yè)生產隱患的“火眼金睛”。

目前，該技術和系統(tǒng)已成功應用于全國10余個省市的大型化工園區(qū)和重點企業(yè)。

今年初，曹汛團隊再傳喜報：他們結合南京大學在超結構方面的研究基礎，研發(fā)出一種超構透鏡光場光譜4D成像技術。

“我們正在研究第三代光譜成像技術，可以把光譜相機做得更小、性能更好，甚至可以將其裝進手機里。”曹汛說，所有這些技術成果，他都非常愿意拿出來分享給行業(yè)用戶，推動產業(yè)技術進步。