前不久，“超級月亮”又現(xiàn)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(shù)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(shù)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(yīng)用于化工生產(chǎn)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(xiàn)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(shù)碼相機、攝像機，到現(xiàn)在隨時隨地都可以進行拍攝的手機，人類記錄圖像的技術(shù)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(lǐng)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(shù)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(shù)，成為國家技術(shù)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(shù)，可實現(xiàn)人物角色的3D真人數(shù)字化。這項技術(shù)一誕生，就被用于國內(nèi)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(shù)。

同時，這項技術(shù)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(wù)等眾多領(lǐng)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(jīng)典成像模型和相機硬件的局限。”曹汛說。

推動光譜成像實現(xiàn)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(shù)。

“光譜成像技術(shù)應(yīng)用廣泛，比如衛(wèi)星光譜相機，可以尋找礦產(chǎn)、分析地質(zhì)、預測糧食產(chǎn)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(jīng)過十多年的努力，曹汛提出棱鏡—掩模調(diào)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(xiàn)由“靜”至“動”的跨越。這項成果被國際權(quán)威研究機構(gòu)稱為光譜視頻成像的三種代表性技術(shù)之一，能被應(yīng)用于人臉活體檢測、環(huán)境保護、疫情防控等領(lǐng)域。

為了讓這項世界前沿的技術(shù)落地轉(zhuǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(xiàn)有的檢測設(shè)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(lǐng)科研團隊針對常見的化工泄漏氣體，專門設(shè)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(xiàn)氣體泄漏的快速感知與實時監(jiān)測，成為識別化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)隱患的“火眼金睛”。

目前，該技術(shù)和系統(tǒng)已成功應(yīng)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(jié)合南京大學在超結(jié)構(gòu)方面的研究基礎(chǔ)，研發(fā)出一種超構(gòu)透鏡光場光譜4D成像技術(shù)。

“我們正在研究第三代光譜成像技術(shù)，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(shù)成果，他都非常愿意拿出來分享給行業(yè)用戶，推動產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步。