1 北京大学 未来技术学院 分子医学研究所, 北大-清华生命科学联合中心, 膜生物学国家重点实验室, 心脏代谢分子医学北京市重点实验室, 北京 100871
2 华南师范大学生物光子学院, 激光生命科学教育部重点实验室, 广东 广州 510631
3 北京大学IDG麦戈文脑科学研究所, 北京 100871
4 北京人工智能研究院, 北京 100871
5 国家生物医学成像科学中心, 北京 100871
作为现代超分辨成像技术的早期组成部分，结构照明显微镜（SIM）已经发展了近20年。其近期在活细胞中实现了高达60 nm和564 Hz的最佳时空分辨率组合，但也存在一些源于内在重建过程的缺点。本文综述了SIM技术的最新进展，包括超分辨率（SR）重建算法、性能评估及SIM与其他成像技术的集成，以便为生物学家提供实用指导。
结构光照明显微镜 超分辨率成像 structured illumination microscopy super-resolution imaging 红外与激光工程
2022, 51(1): 20210987
1 中国科学技术大学物理学院，光学与光学工程系，合肥 230026
2 黄山精工凹印制版有限公司，黄山 245900
现代显微镜中的物镜受限于瑞利衍射极限，其分辨率不能满足生物成像、材料科学以及光刻等领域的需求。目前，突破瑞利衍射极限的方法可分为近场(如扫描近场光学显微镜、超透镜、微球透镜)和远场(如受激辐射损耗显微镜、光激活定位显微镜、随机光学重建显微镜)方法。然而，前者利用纳米探针散射物体表面一个波长范围内的倏逝波，极具挑战性；而后者对样品有选择性，只适用于荧光分子样品，且会对样品造成损伤。近年来，平板透镜利用波带片、光子筛以及梯度超构表面等人工微纳结构来控制光的衍射，具有小型化、高数值孔径、大焦深、亚衍射极限聚焦等功能，为远场无标记超分辨率成像提供了一个可行的解决方案。本文从衍射聚焦光学的统一理论出发，总结平面衍射透镜的最新进展，揭示基于光场调控实现纳米聚焦的物理机制，介绍平板衍射透镜的设计原理、光学性能、微纳结构特性和材料影响，详细讨论平板衍射透镜的光学像差(如离轴像差和色差)及其校正，平板衍射透镜在纳米成像、光刻以及光电子能谱仪中的应用，最后展望其未来的发展方向和机遇。
平板衍射透镜 人工微纳结构 远场超分辨率成像 光学像差 亚衍射极限聚焦 planar diffractive lens artificial micro/nano-structure far-field superreslution imaging optical aberration subdiffraction-limit focusing
1 中国科学院上海高等研究院, 上海 201210
2 上海大学 物理系, 上海 200444
3 河南师范大学 电子与电气工程学院, 河南 新乡 453007
4 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
随着近年来超分辨成像技术的发展, 基于单分子拟合的超分辨成像方法能够实现纳米尺度的空间分辨率, 但这种方法的耗时较长, 时间分辨率较差。成像重构时间较长主要受制于成像过程中每帧图像较低的荧光分子密度, 所以需要足够多的采样帧数来重构一张图像。文中提出一种利用随机采样的快速压缩感知算法, 结合分块压缩感知重构算法, 最终能够在高分子密度的条件下获得较快的重构速度及较高的定位精度。
压缩感知 超分辨率成像 随机采样 compressed sensing super-resolution imaging random sampling operator 红外与激光工程
2017, 46(2): 0201002
1 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 江苏省医用光学重点实验室,江苏 苏州 215163
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033
3 中国科学院大学,北京 100039
为定量描述柱透镜参数对三维成像过程中荧光分子轴向定位精度的影响,本文研究了柱透镜参数与点扩散函数椭圆率的相互关系.基于Olympus IX-83倒置荧光显微镜搭建成像系统,利用3个不同焦距柱透镜进行实验,通过柱透镜标定曲线的线性变化范围及该范围内曲线的斜率分析柱透镜参数选择上的优劣,优化并提高轴向定位的精度和深度.选择合适的柱透镜参数可实现标定曲线在焦平面上下1 μm范围线性变化,轴向定位精度为16 nm,并采用优化的标定曲线对肌动蛋白微丝进行三维超分辨成像.
三维 超分辨率成像 荧光显微镜 柱透镜 标定曲线 Three-dimensiona Super resolution Fluorescence-microscopy Cylindrical lenses Calibration curves 光子学报
2015, 44(10): 1017003
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information Engineering, Shanghai Maritime University, Shanghai 200135, China
2 Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200083, China
A multilayer fiber bundle is used to couple the image in a remote sensing imaging system. The object image passes through all layers of the fiber bundle in micro-scanning mode. The malposition of adjacent layers arranged in a hexagonal pattern is at sub-pixel scale. Therefore, sub-pixel processing can be applied to improve the spatial resolution. The images coupled by the adjacent layer fibers are separated, and subsequently, the intermediate image is obtained by histogram matching based on one of the separated image called base image. Finally, the intermediate and base images are processed in the frequency domain. The malposition of the adjacent layer fiber is converted to the phase difference in Fourier transform. Considering the limited sensitivity of the experimental instruments and human sight, the image is set as a band-limited signal and the interpolation function of image fusion is found. The results indicate that a super-resolution image with ultra-high spatial resolution is obtained.
传像光纤束 亚像元 超分辨率成像 100.3008 Image recognition, algorithms and filters 100.2000 Digital image processing Chinese Optics Letters
2011, 9(8): 081001
