感知专题 | 事件相机助力高动态范围波前传感（LPR）

• I 型：光斑只能在对应的微透镜边界内被检测到。由于每个光斑的检测完全独立，限制了波前梯度的局部最大值。

• II 型：偏离小透镜边界的光斑可以在一定程度上通过避免重叠和交换来检测。该检测方案高度依赖于相邻光斑之间的关联。给定位于第 i 个和第 i+1 个子孔径的相邻波前角，这种约束限制了它们之间的最大差异。

• III 型：在该研究中，即使位移路径重叠交叉，也能检测到斑点。该方案旨在恢复高维波法线而非其投影，从而解决其不适定性的问题。具体限制取决于用于恢复法线N的策略。

  

实验结果：

• 通过研究基于角度的波前传感器的动态范围分类学（图2），提出的基于角度的神经形态波法线传感框架（图3）可以在Shack-Hartmann波前传感器中解决II型动态范围，从而将动态范围提升至III型；

• 将可微分波前传感拓展至异步事件模态，通过对波前进行重参数化，可以恢复Zernike 多项式表征的高畸变波前（图4）;

• 实现结合面向背景纹影系统实现火焰前锋视觉里程计，等效帧率>1kfps的长期火焰前锋监测与记录， 成功恢复火焰前锋的大梯度相位（图5）。

图5. kHz大梯度火焰前锋的长期监测实验示意。

技术小结：该研究证明新型计算神经形态成像范式能够在具有挑战性的动态场景下通过高效的时间分集测量直接感知高维波法线，解决了基于角度的波前传感装置中曲率约束引起的光斑重叠问题的长期挑战，进一步将动态范围扩展为III型。所提出的神经形态可微分正向模型在事件和基于角度的波前感知配置之间建立了桥梁, 适用于所有基于角度的波前感知模型，无需指定掩模图案。所获得的运动校正图像可以促进光子匮乏场景下运动目标与静态背景之间的解耦，将来可广泛应用于增强 3D 追踪和定量相位成像，包括全息粒子追踪，散斑位移分析和非视线成像。