北京航空航天大学医学科学与工程学院，北京 100191
扩散光学成像技术在生物医学领域有着广泛的应用。相较于磁共振成像（MRI）、计算机X射线断层扫描（CT）、正电子发射断层扫描（PET）和超声成像等成像方式，扩散光学成像利用经组织吸收和散射的扩散光进行成像，可无创、无标记、宽场、定量测量氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、血氧、水分、脂质、黑色素等成分浓度和组织功能信息，在安全性、特异性和系统成本等方面有明显优势。本文介绍了扩散光学成像的基本原理，包括光与组织的相互作用和光传播模型，并总结扩散光学成像的相关方法和应用，包括脉搏血氧术、漫射光谱、扩散光学层析成像、荧光分子层析成像和空间频域成像，并对它们的未来发展进行了展望。
扩散光学成像 组织光学 功能信息 生物医学光学 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0800001
1 中国科学技术大学生物医学工程学院，江苏 苏州 215163
2 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
光片显微镜由于具有强大的光学层切能力、较快的成像速度和较低的光损伤，成为三维成像的重要工具。光片显微镜通常利用两个垂直放置的物镜分别进行照明和成像，这带来了对样品的空间限制并禁用了高数值孔径的成像物镜。以倾斜平面照明和微镜微器件反射技术为代表的单物镜光片显微技术突破上述限制，展示出在高分辨率和体积高速成像方面的优势，并且可与超分辨显微术等多种技术结合，在近年来取得了巨大发展。介绍单物镜光片显微成像技术的原理、关键性能的提升和其在生物医学的应用。
生物光学成像 光片显微镜 三维成像 荧光显微镜 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618014
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230372
深圳大学物理与光电工程学院，教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室，广东 深圳 518060
介绍各种非线性光学显微成像的基本原理，并阐述非线性光学成像的多模态耦合所面临的技术挑战与解决方案。从成像速度、空间分辨率以及信噪比三个方面介绍了多模态非线性光学成像的研究进展，并扩展了多模态非线性光学内窥镜和图像分析方法。最后展望了多模态非线性光学成像的发展趋势和所面临的挑战，以期给相关领域研究人员提供参考。
成像系统 显微成像 非线性光学 多模态光学成像 光学内窥镜
探讨液晶（LC）技术在XR近眼显示系统中的应用。详述了如何通过控制光的偏振和波前来开发可变焦液晶透镜，这些透镜对改善XR应用中的用户体验具有潜在价值。还讨论了生产液晶透镜的挑战，特别是在优化透镜厚度和性能方面。
液晶 可变焦液晶透镜 光学成像 XR近眼显示系统 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211014
1 哈尔滨工业大学物理学院，黑龙江 哈尔滨 150001
2 天津工业大学物理科学与技术学院，天津 300387
为克服扫描计算成像系统测量和计算速度慢的缺点，综述一些快速计算成像技术，从测量和计算方面论述提高速度的方法。在基于光场调制的计算光学成像法中，介绍轴向扫描、横向扫描、多波长扫描、散射介质、多距离等调制方式。针对快速定量相位成像技术，介绍定量相位成像方法、基于Kramers-Kronig关系的快速定量相位成像方法、基于对角扩展采样的计算成像方法、基于对称照明的单帧计算成像方法。针对自动聚焦技术，介绍自动聚焦技术分类、核心算法、基于Tanimoto系数和多相梯度绝对值的自动聚焦方法、基于特征区域提取和细分搜索的快速自动聚焦方法。
计算光学成像 调制成像 定量相位成像 自动聚焦 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211007
1 上海交通大学生物医学工程学院Med-X研究院，上海 200030
2 佛山市中医院肿瘤中心，广东 佛山 528199
3 北京大学肿瘤医院肿瘤发生与转化研究教育部重点实验室，北京 100142
4 北京大学医学部医学技术研究院，北京 100191
5 北京大学生物医学工程系，北京 100081
6 北京大学国际癌症研究院，北京 100191
癌症是人类生命的一大威胁，而肿瘤的侵袭和转移是癌症患者死亡的主要原因之一。在这一复杂过程中，循环肿瘤细胞（CTC）等血液循环中的粒子起到十分关键的作用，所以监测血液循环中的CTC和其他肿瘤相关的粒子可以促进肿瘤转移的研究。光学活体流式细胞仪（IVFC）是一种基于激光的新兴技术，可在体内无创监测循环细胞，包括CTC等肿瘤相关的颗粒。这一强大的工具已被广泛应用于癌症相关的多个领域，尤其是肿瘤转移研究。因此，总结分析IVFC在肿瘤转移研究中的应用具有重要意义。本文介绍IVFC的检测原理，总结基于荧光发光、光声效应、计算机视觉等光学技术的荧光活体流式细胞仪、光声活体流式细胞仪、图像活体流式细胞仪等IVFC分类，对IVFC应用于肝癌、前列腺癌、乳腺癌、黑色素瘤等肿瘤转移的相关研究进行综述，并总结和展望IVFC对肿瘤转移研究的应用。
活体流式细胞仪 肿瘤转移 循环肿瘤细胞 无创监测 光学成像 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211002
1 香港理工大学生物医学工程系，香港 九龙999077
2 香港理工大学深圳研究院，广东 深圳 518055
3 香港理工大学光子技术研究院，香港 九龙999077
4 香港理工大学体育科技研究院，香港 九龙999077
光学技术在生物医学中扮演着越来越重要的角色，其非电离辐射、高分辨率、高对比度和对生物组织异变高度灵敏等特性使其非常适用于生物组织的研究，包括成像、传感、治疗、刺激以及控制等。然而由于光折射因子在生物组织中的分布是不均匀的，光在生物组织中的传播会受到很强的散射影响，故纯光学技术的穿透深度和空间分辨率是“鱼和熊掌不可兼得”；高分辨率光学成像应用仅限于样品浅表层，当成像深度增加时分辨率急剧下降。实现光在深层生物组织里的高分辨率成像或应用是人们期盼已久的目标。近年来，为解决这一问题，研究者提出了不同的方法，例如切换到更长的光波长以减小组织散射系数，在信号检测时将漫射光转换为散射不明显的超声信号，逆转或者预先补偿由光的多次散射所带来的相位畸变，或借助光纤等微创光学通道实现深层生物组织的高分辨率光学成像、刺激等。基于团队在深层生物组织光学相关领域多年的耕耘，从光在生物组织中的传播特性出发，梳理和总结了近年来研究人员在光-声结合和光学波前整形技术等方面展开的诸多探索，以及在生物组织操控、成像、光学计算以及人工智能等领域中的应用尝试。虽然尚有诸多不足，但随着硬件设备的更新和计算技术的发展，在不远的将来有望实现活体深层生物组织光学高分辨率应用。在这一求索过程中，新方法和新能力将不断激发新的应用灵感，为光学尤其是生物医学光子学带来全新的理念和机遇。
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
2 长春精测光电技术有限公司，吉林 长春130012
3 小米通讯技术有限公司，北京100089
针对多重差分航空相机图像检焦精度的问题，提出了一种多重差分空间滤波器参数选取方法。首先，介绍了空间滤波法以及基于空间滤波效应的自动检焦。然后阐述了多重差分滤波检焦法的具体实施过程，并从滤波器输出信号功率谱角度分析了滤波器参数的选取与检焦精度、灵敏度的关系。最后设计动态成像实验，在典型导轨移速532 mm/s下采集外景图像，选取不同的滤波器参数分别进行20次像面检测，并将其结果与传统图像检焦算子的检焦效果进行比较。结果表明，本文方法选取的参数使得检焦精度比Brenner算法提高了18%，且检焦系统的最大误差为3392 m，小于光学系统允许误差(768 m)，满足实际工作需求。
光学成像系统 航空相机 焦面检测 空间滤波器参数 optical imaging system aerial camera focal plane detection filter parameters
中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
回顾了湍流大气中光学成像分辨率研究的发展历程：Fried得到了Kolmogrov大气湍流中成像分辨率的理论公式，提出了一个光学工程中广泛应用的Fried参量r0；研究发现当成像系统的口径大于r0时，其成像分辨本领由r0决定；多位学者探讨了大气湍流外尺度对成像分辨率的影响，发现当外尺度与成像系统口径相仿甚至更小时，大气湍流的影响会大大减弱。因此大气湍流外尺度的定量获取至关重要。但由于大气湍流外尺度的定义是定性的，它与大气参数以及各种光传播效应参量之间没有清晰的联系，各种方法得到的结果的一致性有待深入分析，需要一个定量的定义，并进行系统的测量研究。
大气光学 大气湍流 光学成像 分辨本领 湍流外尺度 光学学报
2023, 43(24): 2400001
