符荣鑫 1,*艾昕 1张书豪 2费捷 3[ ... ]李航 1
作者单位
摘要
1 北京理工大学医学技术学院,北京 100081
2 北京理工大学自动化学院,北京 100081
3 中国船舶集团有限公司系统工程研究院,北京 100094
4 北京理工大学集成电路与电子学院,北京 100081
长时程细胞成像及分析在生物医学研究中具有重要意义。然而,由于荧光显微镜存在光漂白和光毒性等问题,其应用受到一定限制。非标记成像技术为克服这些限制提供了可行的解决方案。研究了干涉光谱分析技术作为解决非标记长时程活细胞监测问题的潜在方法,并提出了一种基于高光谱干涉重构的非标记定量显微成像技术。通过建立描述干涉信号的数学模型,设计样本定量重构算法,从而获取活细胞纳米结构和干质量分布的定量信息。系统采用自反射式干涉结构,不依赖复杂的光学调制元件,结构简单、操作便捷。此外,本文还在光学显微成像的基础上集成了具有细胞培养能力的微型细胞培养箱,实现了原位长时程成像。利用该系统,研究了不同细胞全细胞周期内的纳米结构定量和干质量变化,展示了本工作在生物医学领域的应用潜力。
计算成像 定量干涉 非标记成像 纳米级精度 原位细胞监测 
中国激光
2024, 51(9): 0907018
李凌冰 1,2符礼丹 2,3史小静 2王远大 4[ ... ]胡振华 2,5,*
作者单位
摘要
1 解放军总医院第二医学中心,北京 100853
2 中国科学院自动化研究所中国科学院分子影像重点实验室,北京 100190
3 中国科学院大学人工智能学院,北京 100049
4 解放军总医院第一医学中心,北京 100853
5 中国人民解放军总医院肾脏疾病全国重点实验室,北京 100853
浅静脉清晰成像对于透析患者动静脉内瘘术前手术路径规划和术中引导手术治疗等具有重要作用,对临床疾病的诊断和治疗具有重要作用。目前临床上常用的血管成像方法能够清晰地实现血管的成像,但对静脉血管网的成像效果难以满足临床需求。笔者利用临床获批的荧光染料吲哚菁绿(ICG)开展了前臂血管的近红外二区(NIR-II)荧光成像,结合人工智能算法获得分辨率更高的血管NIR-IIb荧光图像,更准确地描绘浅表细小血管的直径。在此基础上,笔者继续结合Fluent流体仿真模拟方法,辅助医生在术前判断主干引流静脉,并在术中结扎中选择主干引流静脉进行保留,对大侧枝引流静脉进行结扎,提高患者肾透析血液通路手术的成功率。利用荧光血管造影技术结合模拟方法引导肾透析血液通路手术将桡动脉接入头静脉,手术的早期通畅率为100%(8/8),而接受常规手术的对照组的早期通畅率为73.33%(11/15)。本研究验证了NIR-II荧光血管造影技术的安全性和有效性,并在此基础上进一步验证了荧光成像结合人工智能算法在肾透析血液通路手术中潜在的应用价值。
医用光学 近红外二区荧光 荧光血管造影 吲哚菁绿 人工智能 计算机仿真模拟 
中国激光
2024, 51(9): 0907014
作者单位
摘要
1 南京航空航天大学航空学院飞机设计技术研究所,南京 210016
2 航宇救生装备有限公司,襄阳 441003
随着航天回收系统应用需求越来越广,回收物质量也越来越大,对翼伞面积的要求越来越高,超大型翼伞开始受到广泛的关注,然而目前国内外对超大型翼伞的研究较少。对此,文章以超大型连续翼伞和超大型组合翼伞为研究对象,分别对其进行物理建模。采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法,基于k-epsilon湍流模型,分别计算在无下拉、单侧下拉、双侧下拉时超大型连续伞和超大型组合伞的气动特性。研究发现,超大型组合伞在组合处有很明显的气流补充,可以减缓流动分离的情况,增大失速迎角,更适合大攻角的飞行任务,适用范围更广。研究成果可以为以后超大型翼伞的选型提供一定的参考。
冲压式翼伞 超大型组合翼伞 超大型连续翼伞 气动特性 计算流体力学 parafoil oversize parafoil modular parafoil aerodynamic characteristics Computational Fluid Dynamics (CFD) 
航天返回与遥感
2024, 45(1): 65
李文杰 1谷洪刚 1,2,*刘力 1钟磊 1[ ... ]刘世元 1,2,**
作者单位
摘要
1 华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室,湖北 武汉 430074
2 光谷实验室,湖北 武汉 430074
衍射场作为叠层衍射成像技术(ptychography)的重要约束,其信息的丰富度和准确性将直接影响重构质量。提出一种基于极大似然噪声估计的高动态范围(ML-HDR)叠层衍射成像方法,即在探测器线性响应假设下,构建复合高斯噪声模型,根据极大似然估计求解最优权重函数,由多张低动态范围衍射场合成高信噪比衍射场。对比了单次曝光、传统HDR和ML-HDR三种方法的重构质量。仿真和实验结果表明:相比单次曝光,ML-HDR能将动态范围拓宽8位,重构分辨率提升至2.83倍;相比传统HDR,ML-HDR能提高重构图像的均匀性和对比度,且无需额外标定硬件参数。
计算成像 叠层衍射成像术 高动态范围 相位恢复 极大似然估计 
激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811011
陈凯余 1,2,3,4,5李颖 1,2,3,4李政岱 1,2,3,4郭友明 1,2,3,4,*
作者单位
摘要
1 中国科学院自适应光学重点实验室,四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所,四川 成都 610209
3 中国科学院大学,北京 100049
4 中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049
5 光场调控科学技术全国重点实验室,四川 成都 610209
无透镜成像系统使用掩模板替代镜头,在降低成本的同时使设备更加轻巧,然而在进行目标识别前需通过计算重建图像,涉及参数调优和计算耗时问题。基于此,提出一种无重建的目标识别方案,直接在无透镜相机拍摄的编码图像上训练网络识别目标,在节约计算资源的同时还提供隐私保护。使用具有相位掩模板和振幅掩模板的无透镜相机,仿真生成MNIST与Fashion MNIST数据集和实采MNIST数据集,然后在这些数据集上训练ResNet-50与Swin_T网络进行目标识别。结果表明,在仿真MNIST、Fashion MNIST和真实MNIST数据集上,所提方案的最高识别准确率达99.51%、92.31%和98.06%,与先重建目标后识别方案的准确率相当,证明所提方案是一种高效的、具有隐私保护的端到端方案,且在两种掩模板和两类常规骨干分类网络上得到了验证。
计算成像 目标识别 深度学习 无透镜成像 
激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811008
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optoelectronic Science and Engineering, Soochow University, Suzhou 215006, China
2 Key Laboratory of Modern Optical Technologies of the Ministry of Education, Soochow University, Suzhou 215006, China
The source’s energy fluctuation has a great effect on the quality of single-pixel imaging (SPI). When the method of complementary detection is introduced into an SPI camera system and the echo signal is corrected with the summation of the light intensities recorded by two complementary detectors, we demonstrate, by both experiments and simulations, that complementary single-pixel imaging (CSPI) is robust to the source’s energy fluctuation. The superiority of the CSPI structure is also discussed in comparison with previous SPI via signal monitoring.
computational imaging image reconstruction complementary detection correlation function 
Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031101
作者单位
摘要
1 西安电子科技大学杭州研究院,浙江 杭州 311231
2 西安电子科技大学光电工程学院,陕西 西安 710071
3 杭州电子科技大学通信工程学院,浙江 杭州 310018
4 康涅狄格大学生物医学工程系,美国 斯托斯06269
叠层成像技术是近年来发展快速的相干衍射成像方法,目前已经成为世界上大多数X射线同步加速器和国家实验室不可或缺的成像工具。光学叠层成像是叠层成像技术在可见光波段的应用,分为基于透镜的傅里叶叠层成像与基于无透镜的编码叠层成像。编码叠层成像作为一种新型无透镜片上显微成像技术,具有大视场、高分辨率、无像差、无标记、便携式,以及缓变相位成像等诸多技术优点。本文介绍无透镜编码叠层显微成像的基本原理及最新研究进展,分析了其成像性能,重点介绍了其在生物医学方面的相关应用,并讨论了编码叠层成像技术未来的发展方向。
叠层成像 编码叠层 无透镜成像 计算成像 显微成像 
激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618003
Author Affiliations
Abstract
1 Duke University, Durham, North Carolina, United States
2 Friedrich-Alexander University, Erlangen, Germany
3 UC San Diego, La Jolla, California, United States
4 Yonsei University, Seoul, Republic of Korea
5 UC Berkeley, Berkeley, California, United States
6 Duke University Medical Center, Durham, North Carolina, United States
We report tensorial tomographic Fourier ptychography (T2oFu), a nonscanning label-free tomographic microscopy method for simultaneous imaging of quantitative phase and anisotropic specimen information in 3D. Built upon Fourier ptychography, a quantitative phase imaging technique, T2oFu additionally highlights the vectorial nature of light. The imaging setup consists of a standard microscope equipped with an LED matrix, a polarization generator, and a polarization-sensitive camera. Permittivity tensors of anisotropic samples are computationally recovered from polarized intensity measurements across three dimensions. We demonstrate T2oFu’s efficiency through volumetric reconstructions of refractive index, birefringence, and orientation for various validation samples, as well as tissue samples from muscle fibers and diseased heart tissue. Our reconstructions of healthy muscle fibers reveal their 3D fine-filament structures with consistent orientations. Additionally, we demonstrate reconstructions of a heart tissue sample that carries important polarization information for detecting cardiac amyloidosis.
computational imaging three-dimensional imaging phase retrieval microscopy polarization-sensitive imaging label-free imaging 
Advanced Photonics
2024, 6(2): 026004
Xuemei Hu 1,2Weizhu Xu 1,2Qingbin Fan 1,2Tao Yue 1,2[ ... ]Ting Xu 1,3,*
Author Affiliations
Abstract
1 Nanjing University, Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, National Laboratory of Solid-State Microstructures, Nanjing, China
2 Nanjing University, School of Electronic Sciences and Engineering, Nanjing, China
3 Nanjing University, College of Engineering and Applied Sciences, Jiangsu Key Laboratory of Artificial Functional Materials, Nanjing, China
Metasurface-based imaging has attracted considerable attention owing to its compactness, multifunctionality, and subwavelength coding capability. With the integration of computational imaging techniques, researchers have actively explored the extended capabilities of metasurfaces, enabling a wide range of imaging methods. We present an overview of the recent progress in metasurface-based imaging techniques, focusing on the perspective of computational imaging. Specifically, we categorize and review existing metasurface-based imaging into three main groups, including (i) conventional metasurface design employing canonical methods, (ii) computation introduced independently in either the imaging process or postprocessing, and (iii) an end-to-end computation-optimized imaging system based upon metasurfaces. We highlight the advantages and challenges associated with each computational metasurface-based imaging technique and discuss the potential and future prospects of the computational boosted metaimager.
metasurface computational imaging inverse problem algorithm 
Advanced Photonics
2024, 6(1): 014002
作者单位
摘要
清华大学精密仪器系,北京 100084
光波复振幅中相位信息的恢复是科学与工程领域的重要研究热点之一。相位携带了光传播中的重要信息,对成像与智能感知技术的发展有着重要的意义。相位恢复波前重构技术通过优化算法和设计特定成像装置,从光电探测器采集的强度信息中恢复出难以被直接感知的相位信息,是探测微观和宏观世界的重要技术手段之一,已广泛应用于生物显微、工业检测和天文观测等领域。概述基于干涉和非干涉的波前重构技术及其应用,梳理相位恢复波前重构算法的基本原理和发展历程,对常见相位恢复技术手段如交替投影相位恢复算法、基于调制约束和基于深度学习的相位恢复波前重构技术等进行初步的探讨。针对相位恢复波前重构技术的未来发展提出若干可能的研究方向,包括相位恢复算法的进一步优化、新型系统和器件的开发等。
相位恢复 波前重构 计算成像 深度学习 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211001

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