四百多年前，伽利略将望远镜用于天文观测，光学仪器由此开始突破人眼的距离限制。此后，伴随光电探测器、数字成像与信息处理技术的不断发展，人类对远方世界的观察，逐渐由“能否看到”转向“能否看清”，并进一步走向对目标形态、属性、距离和运动状态的精准辨识。光所携带的信息远不止明暗强弱，光谱、偏振、相位等多维特征，共同记录着目标的物质成分、精细结构与空间深度等信息。

如何在远距离、弱信号及复杂环境下实现多维光学信息的高效获取与智能重构，已成为现代光电感知发展的重要方向。光学探测感知正由“看得见”向高分辨、多维度、智能化的信息获取与解析不断发展。

更远的观测距离、更高的成像分辨率与更丰富的信息维度，推动光学探测感知由“看得见”向高分辨、多维度、智能化的信息获取与解析不断发展

19世纪，德国物理学家阿贝建立了照明波长、数值孔径与成像分辨率之间的关系，揭示了有限孔径所决定的衍射极限，也为衡量光学系统“究竟能够看清多小的细节”给出了明确的理论尺度。此后，CCD器件的诞生奠定了数字成像的硬件基础；随着CMOS图像传感器和计算机信息处理技术快速发展，图像不再只是被静态留存的影像，而成为可以高速采集、实时传输、灵活处理和深度分析的数字信息。

与此同时，信息论与光学传递函数理论的引入，也改变了人们认识成像系统的方式。光学成像不再仅仅被理解为目标到图像的强度映射，而被视为一个以光为载体，对目标信息进行获取、传输、记录与恢复的完整过程。评价一套成像系统的标准，也逐渐从“能否形成图像”，转向“能够传递多少信息、恢复多少细节、识别多少特征”。由此，光电探测开始从传统成像迈向计算成像与智能感知：通过光学调控、探测器采集和计算重建的协同设计，突破有限孔径、有限采样和复杂环境带来的约束。

传统光学成像体制遵循所见即所得的直接成像机制，受到器件在灵敏度、分辨率与探测维度层面的物理限制，存在“看不远”、“探不清”、“测不到”等困境

传统光电成像技术本质上遵循“所见即所得”的直接成像路径，即通过光学系统将场景信息映射到探测器平面，再由探测器直接记录图像。该成像机制高度依赖光学器件与光电探测器的固有性能，因此不可避免地受到器件物理极限的约束：

01 | 看得远

在远距离探测、弱光夜视等场景中，目标回波或辐射信号往往十分微弱，到达探测器的有效信号光子数有限，成像质量容易受到光子噪声、读出噪声及暗噪声等因素影响。当信噪比不足时，目标细节将被噪声淹没，难以实现极限探测距离下的稳定成像。因此，如何在极弱光条件下提升光子利用效率和成像灵敏度，是传统成像体制首先面临的重要瓶颈。

02 | 探得清

传统成像系统的分辨能力同时受到光学衍射极限与探测器像元采样的共同约束。一方面，有限光学口径限制了系统可传递的最高空间频率，使成像分辨率受制于衍射极限；另一方面，探测器离散像元对连续图像进行采样，超出奈奎斯特频率的高频信息会发生混叠，造成细节损失。虽然增大孔径或减小像元有助于提升分辨率，但往往又会带来系统体积、重量、成本增加。因此，如何在有限口径和有限像元条件下实现高分辨成像，是传统光电成像长期面临的核心难题。

03 | 测得全

常规光电探测器通常采用能量积分方式记录场景的二维强度分布，而无法直接获取光场中蕴含的相位、光谱、偏振等多维信息。相比单一强度图像，这些信息维度能够从不同侧面表征目标与场景的物理属性，并为目标识别、三维感知和复杂环境探测提供重要补充。受限于传统强度记录方式，成像系统往往只能获得二维强度信息，难以满足高维度、高精度和智能化感知需求。因此，如何突破单一强度探测，实现多维光场信息的有效获取与计算重构，已成为提升光电感知能力的重要方向。

计算光学成像探测组

Computational optical sensing and imaging (COSI)

小组页面：

https://scilaboratory.com/COSI.html

科技创新与产业孵化

面向远距离目标探测与复杂环境高分辨感知需求，针对传统光电成像系统受限于灵敏度、分辨率和信息获取维度的性能瓶颈，基于计算光学远场相位反演成像理论，发展新型光电成像方法与智能感知技术。建立了基于时空编码调控的超分辨成像理论体系，揭示了孔径编码、复眼探测与合成孔径等多维光学调控机制对成像空间带宽与信息获取能力的影响规律，提出了孔径编码像素超分辨、计算光学远场相位反演及合成孔径超分辨成像方法，发展了光学调控与计算重建协同设计的新型成像技术路线，实现了有限孔径条件下成像分辨能力与探测性能的有效提升，为下一代高分辨、小型化和智能化光电感知系统提供理论基础与技术支撑。

相关研究成果于Science Advances、Defence Technology、ACS Photonics、Laser & Photonics Reviews等国际期刊发表学术论文20余篇，其中13篇为SCI期刊论文，6篇封面论文，1篇ESI高被引及热点论文。团队出版学术专著1部，Google Scholar累计引用1300余次。相关技术已申请中国发明专利9项，其中5项获得授权。研究成果入选2025中国光学十大进展应用类提名奖，并受到EurekAlert!、Science Magazine、Science AAAS、AZO Optics等国内外科技媒体广泛关注与报道。

计算光电智能探测感知方向的代表性成果

研发孔径编码超分辨成像系统与复眼阵列探测系统，成果展出于中国国家博物馆，受到媒体广泛关注

欢迎加入SCILab，在前沿研究中探索未来

计算光电智能探测感知面向远距离目标探测、复杂环境感知和高分辨信息获取等实际需求，融合光学调控、计算重建、人工智能等前沿技术，突破传统成像系统在灵敏度、分辨率和探测维度等方面的限制，实现对复杂场景的高效感知。

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