青衿奖专访 | 唯一获奖的硕士生、南京理工大学张许:给成像做“减法”,做研究不能“画地为牢”

Q1

张许，首先祝贺你获奖。你的研究听起来像是在挑战传统成像系统中“透镜不可少”的固有认知。是什么启发你从这个角度切入？

作为一名摄影爱好者，我经常带着单反相机出门采风。虽然镜头越大、相机越重越能够带来更好的画质，但沉重的设备往往会成为旅途的负担，让我把过多的注意力消耗在负重上，反而忽略了沿途原本美丽的风景。

这让我开始思考，无论是小到单反相机与口袋里的手机，还是大到天文望远镜与韦伯望远镜，它们的底层原理都基于传统透镜“点对点”的成像方式，这一方式从墨子发明小孔成像以来就没有变化过。传统物理光学的限制决定了成像系统必须保留一定的体积和厚度，因此难以进一步实现小型化与轻量化。既然现在移动设备的计算能力已经大幅提升，我们是否可以打破这种传统的成像体制，引入“计算成像”的思想，通过前端光学编码与后端计算重构协同作用，来替代传统成像系统中笨重的透镜，从而实现成像设备的极致小型化与轻量化？这就是我研究的初衷。

Q2

计算成像常被称为“用算法重构光场”，你认为这种软硬件协同路径，对未来成像技术的发展意味着什么？

与其说计算成像是一种“无中生有”的技术，不如说它是一个“信息置换”的过程，即我们在同样的系统条件下，为了增加成像系统的空间带宽积或获得更多维度的信息（偏振、光谱等），可能会选择性地牺牲一些我们暂时不需要的维度，比如时间维度（时分复用）或部分空间维度（空分复用）。这一点在无透镜成像中尤为明显。它是一种典型的“轻硬件、重软件”的成像模式——前端只有一片薄薄的掩膜用于编码光场，因此必须在后端的软件算法上投入更多努力来重构图像。

“基于可编程掩模的无透镜成像技术研究”项目简介

关于未来的成像技术，我认为这种“软硬协同”路径的意义主要体现在两方面：第一，是在“信息置换”的框架下寻求最优解，即尽可能降低被牺牲维度的损失，同时最大化提升我们所需的维度，例如同样是傅里叶叠层成像，可以通过照明角度复用与目标样品的先验信息来降低时间维度的损失。第二，是实现“定制化”，即针对特定的目标场景定制专门的成像系统，从而极大程度地保留甚至扩展我们最关注的关键信息维度，例如在超快成像、偏振感知、高光谱遥感的应用中可以牺牲部分空间分辨率，来换取时间、偏振、光谱等维度信息量的提升。

Q3

你的研究融合了光学设计、信号处理和计算成像等多个领域。在跨学科的学习与探索中，你是如何构建自己的知识体系的？

一方面，得益于我所在的南京理工大学电子工程与光电技术学院的学科优势。我本科是通信工程专业，硕士转向光学工程。在很多高校，这两个专业分属不同学院，但在南理工电光学院这个由哈军工炮兵工程系的指挥仪器科和雷达科演变而来的学院，电磁学与光学有着深厚的融合积淀；这种从本科到硕士贯通的学科背景，为我理解计算成像打下了坚实基础。

另一方面，我知识体系的构建核心离不开《傅里叶光学》这本教材。它由浅入深地将传统电学中的“一维信号与系统”、扩展到光学成像中“二维信号与系统”的处理与分析。在完全吃透这本书的基础上，我将其作为“树干”，然后针对前沿的计算成像调控方法与自己的目标课题，像长出新的枝叶一样去进行细化和拓展，从而构建出属于自己的知识体系。

Q4

贵课题组在左超老师的带领下在光学领域十分活跃，具有很高的影响力，你认为课题组内最具辨识度的特点是什么，如何影响你学术品味的建立？

在我看来，课题组最具辨识度的特点就是“敢为人先”，这也是左超老师常对我们强调的。从早期的快速三维成像，到后来的傅里叶叠层成像，再到我现在从事的计算无透镜成像领域，左老师总是表现出极高的学术远见，能在每一波学术浪潮中引领方向。

这种耳濡目染的教诲，深刻影响了我学术品味的建立。它让我明白，做研究不能画地为牢。虽然我深耕无透镜领域，但我并没有局限于此，而是广泛汲取了傅里叶叠层成像等相关领域的知识。正是这些交叉学科的视野和高标准的学术品味，为我后来在高水平期刊发表成果以及获得“青衿奖”奠定了重要基础。

二排右四为张许

Q5

青衿奖为硕士生单独设立了赛道，你认为这样的设置对年轻学子的科研成长有哪些意义？你对整个青衿奖的评选工作有何感受？

我认为“青衿奖”是除校内奖项外，一个非常宝贵的、独立面向光学领域青年学子的评价平台。青年学子在科研过程中往往伴随着压力与苦闷，通常只有论文发表的那一刻才能稍微松一口气，随即便又要投入下一轮工作。而“青衿奖”最重要的意义在于，它提供了一种当下社会比较稀缺的“认可感”。对于刚起步的青年学子而言，这种认可不仅是荣誉，更是一种强有力的正反馈，能激励我们以更饱满的精神状态投入到后续的科研工作中。

在评选过程中，我不仅感受到了评委老师们深厚的专业素养，更难得的是拥有了一个与同龄人同台竞技、交流学术成果的机会。对于大多数硕士同学来说，这样的眼界与经历是非常珍贵的。

Q6

在科研道路上，很多人会面临“追求创新”与“实现可行”之间的平衡课题。展望未来，你如何在接下来的求学和研究生涯中保持技术前瞻性的同时，保证研究成果具备应用能力？自己的长远目标是什么？

技术的前瞻性与可行性其实是相辅相成的。想要让研究成果具备应用价值，就必须在某些性能上显著优于现有技术；而为了实现这种突破性的提升，往往又需要我们在技术上具备足够的前瞻性。

在具体的方法论上，我会选择“由点带面”的策略：先从一个细分的具体课题入手，当完成第一个小工作后，就能对该领域亟待解决的底层逻辑有一个宏观把握，然后再去深入探索那些更具科学意义的核心问题。

关于长远目标，我计划继续在计算成像领域深耕，坚持“底层原理创新”与“架构创新”两条腿走路，最终致力于将这些技术成果真正落地，转化为实际应用。

获奖人简介

张许，南京理工大学电子工程与光电技术学院2022级光学工程专业硕士研究生，研究方向为计算光学成像与无透镜成像。已在Science Advances、《光学学报》等期刊与会议上发表论文6篇，其中第一作者3篇。曾获国家奖学金、小米奖学金、2025“中国光学十大进展”提名奖、第三届“青衿奖”、优秀毕业生、优秀研究生干部等荣誉。

采访、编辑 | 徐睿