当今大多数可用的成像技术，包括智能手机摄像头、数码摄像机、显微镜和望远镜，都基于直接成像的概念，即相机一步直接记录场景。这正是人类视觉的工作原理，来自物体的光被眼睛的晶状体收集并聚焦在视网膜上。

全息术是光学的一个子领域，其发明于1971年获得诺贝尔奖，它间接对物体进行成像。这种间接成像过程至少由两个步骤组成。第一步，相机以独特的方式记录物体，其中许多光学元件安装在抗振动的特殊桌子上。在第二步中，记录的强度图案在计算机中进行处理以重建对象信息。

从三维或更多维度的物体获得的附加信息证明了全息术中具有许多光学元件的复杂成像过程和相关的高成本是合理的。然而，全息术复杂的记录过程和成本阻碍了其在许多领域的应用，例如智能手机和数码摄像机技术。

在过去的两年里，我和我在爱沙尼亚塔尔图大学光子学和计算成像中心(CPCI)的同事们一直在开发具有全息技术优势但只满足直接成像系统最低要求的成像技术。我们在2022年使用常见的光学组件(折射透镜)展示了3D成像功能。

在任何成像系统中，图像清晰度和景深是两个最关键的参数。然而，正如许多数码单反相机中所写的那样，两者都通过一个称为f值的共同因素交织在一起。小光圈值提供小景深，反之亦然。小的f值可以在特定深度提供清晰的图像，并在其他平面上模糊物体。高光圈值可在多个深度提供清晰的图像。

虽然可以在拍照前通过选择适当的光圈值来调整景深，但在拍摄照片后无法更改景深。录制后获得所需景深的唯一方法是再次重复录制。

如果您是野生动物摄影师，那么您可能不会运气好，无法重现与野生动物相同的场景。在电影摄影中，通过更多的“镜头”和时间，可以以所需的景深复制电影场景。考虑到存在的每个方面都依赖于时间，如果没有时间旅行机器，上述情况在许多情况下是不可能的。

有一些计算方法，例如去模糊，可能在某种程度上有助于以数字方式重新聚焦稍微模糊的平面。但在这个过程中，原本清晰的图像变得模糊。目前还没有任何技术能够在录制后调整景深。

以色列本古里安大学的Rosen教授和Rai博士开发的某些编码孔径成像技术以及我在2022年开发的一项技术，可以在录制后调整景深，但不能应用于DSLR、智能手机相机仍然依赖传统的光学元件，例如折射透镜。

在CPCI，我的博士学位。学生ShivasubramanianGopinath、研究经理AravindSimon和我偶然发现了通过全息杂交方法解决这个问题的方法。混合被定义为组合两个或多个元素以创建具有父元素的混合属性的新元素的过程。

混合在不同的领域有不同的含义，但通常意味着“混合”。例如，在生物学中，雄性狮子和雌性老虎的DNA杂交会产生杂交后代狮虎。让我们考虑一下神话中的狮鹫，它是一种混合生物，拥有狮子的身体和鸟的翅膀。

什么是全息术中的杂交?我们建议不记录一张图片，而是共线同时记录两张图片，一张用折射透镜，另一张用折射轴棱镜或圆锥棱镜。折射透镜具有低景深，轴棱镜具有高景深。两张记录的数字图片以不同的强度组合在一起，并通过CPCI开发的特殊算法在计算机中重建。

通过在将两张图片合并为一张图片之前调整它们的强度，可以在镜头和轴棱镜的限制内调整景深。上图显示了设置示意图、景深变化以及图片的预期变化。在此调整过程中，计算算法保留最高的图像清晰度。我们对此主题的研究刚刚发表在《光学和激光工程》杂志上。

由于所开发的技术简单且成本低廉，因此可以轻松集成到智能手机摄像头、显微镜、全息术和电影摄影系统的现有技术中。我们相信，所开发的混合方法将使我们能够像数字时间旅行机一样重温捕捉到的时刻。

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