1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 高端生物医学成像省部共建重大科技基础设施，湖北 武汉 430074
显微镜的光学孔径和测量带宽的有限性限制了生物应用中的信息获取，包括在观测生物体系的精细亚细胞结构动力学过程、活体超快瞬态生物学过程，以及介观离体组织的高效三维成像等，这一问题成为多领域生物医学研究的制约因素。传统荧光显微镜的局限性促使研究人员着手探索新型荧光显微成像原理和方法。研究者们引入了人工智能手段，以提高荧光显微成像的速度和精度，从而增加信息获取的通量。本文以细胞生物学、发育生物学和肿瘤医学为视角，详细分析了在这些领域中通量限制带来的挑战。结合深度学习，突破了传统荧光显微成像的通量限制问题，为物理光学和图像处理领域的进一步发展提供了契机。这一创新助力于生物医学研究的推进，使科学家能够更全面、深入地理解生命和健康领域的复杂现象。因此，本研究不仅对生物医学领域具有重要意义，而且为未来的研究和应用提供了崭新的可能性。
荧光显微 深度学习 超分辨成像 超快成像 高通量成像 激光与光电子学进展
2024, 61(16): 1600001
五邑大学 智能制造学部, 广东 江门 529000
在超快时间尺度上以二维空间分辨率揭示激光脉冲在光刻胶之间的运动过程,将有助于了解激光加工过程和优化加工工艺。然而现有记录激光脉冲在光刻胶中运动过程的成像技术都存在需要多次重复拍摄或时间分辨率受限等问题。为了克服这些问题,通过使用压缩超快摄影来观测光刻胶中激光脉冲的运动。实验结果表明,搭建的实验系统能以1.54×1011fps的帧率,单次成像数百帧的图像序列深度,实时观测到这一不可重复的超快事件。
超快成像 压缩感知技术 飞秒激光脉冲 光刻胶 ultrafast imaging compressed sensing technique femtosecond laser pulse photoresist
广东工业大学机电工程学院，广东 广州 510006
针对从基于压缩超快成像的瞬态冲击波二维诊断系统获得的压缩图像中反演出时变冲击波二维条纹的问题，提出一种基于变加速广义交替投影的图像反演算法。该算法利用二维条纹图像所具有的强低秩性和梯度稀疏特性，将问题转化为基于低秩与全变分双先验约束的优化问题，并通过变加速的方式有效减少了广义交替投影框架迭代求解该问题过程中产生的误差累积。仿真结果表明：与现有算法相比，在无噪情况下，所提算法的平均峰值信噪比提升了11.0 dB，平均结构相似性提升了11.4百分点；在含噪情况下，所提算法反演效果稳定，抗噪能力良好。最后，实验结果表明，所提算法针对实际压缩图像也能反演出轮廓清晰的二维冲击波条纹，且一维冲击波速度的最大相对误差从20.38%下降到11.66%，降低了8.72百分点，验证了该算法的可行性。
惯性约束聚变 成像型任意反射面速度干涉仪 压缩超快成像 广义交替投影 图像反演 低秩约束 光学学报
2023, 43(21): 2111004
在惯性约束聚变过程中，冲击波速度与靶丸内爆压缩对称性密切相关，任意反射面速度干涉仪（VISAR）与压缩超快成像（CUP）系统的结合（CUP-VISAR）为冲击波速度二维时变诊断开辟了新思路。针对系统重建耗时长的问题，提出并实现了一种针对CUP-VISAR系统的全变分正则化快速重建算法。对弯曲条纹的仿真重建分析结果表明，本文提出的TVAL3H算法对比传统TVAL3算法，峰值信噪比（PSNR）提升了6.86 dB（25 frame）~1.20 dB（150 frame），结构相似性（SSIM）提升了26.67%（25 frame）~14.10%（150 frame），时间消耗降低了92.15%（25 frame）~78.30%（150 frame）。对比广义交替投影（GAP）和交替方向乘子（ADMM）算法，时间消耗降低了57.79%（100 frame，GAP）~77.20%（25 frame，ADMM）的同时PSNR和SSIM差异较小。在同一重构时间量级下，所建立重构算法不同frame条件的PSNR相比GAP与ADMM算法分别提高了1.92 dB（25 frame）~0.84 dB（150 frame）及1.85 dB（25 frame）~0.80 dB（150 frame）；SSIM相比GAP与ADMM算法分别提高了9.23%（25 frame）~4.48%（150 frame）及8.85%（25 frame）~4.46%（150 frame）。
衍射与光栅 压缩超快成像 全变分正则项约束 冲击波诊断 三维重建 哈达玛乘积 光学学报
2023, 43(19): 1911003
强激光与粒子束
2023, 35(8): 082005
强激光与粒子束
2022, 34(6): 064010
山东大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266237
不同于传统的像素阵列化相机,单像素成像,作为一种新型的计算成像技术,通过使用不具有空间分辨能力的桶探测器,探测出被目标物体反射或透射的光强度,并将该强度与经过掩模图案调制的具有特定空间分布的结构光强度作关联运算,最终重构出清晰的物体图像。相比多像素化相机,单像素成像具有成本廉价、可在特殊波段成像等优点,在科研界引起了广泛的关注。本文分析了不同采样方式下单像素成像的信噪比大小,阐述了单像素成像在特殊波段成像以及原子、中子成像的实验研究。最后针对单像素成像在成像时间上的劣势,讨论了超快成像,超快成像有望克服成像时间长的难题。
成像系统 单像素成像 特殊波段成像 信噪比 超快成像 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011010
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
2 西安工程大学机电工程学院, 陕西 西安 710048
3 中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
建立了基于飞秒激光抽运-探测原理的时间分辨阴影成像平台,直接获取了飞秒激光烧蚀石英微孔的超快过程图像。在不同能量密度、时间延迟、脉冲数量条件下,观察到随时间延迟变化的等离子体通道衰退、冲击波膨胀和微孔伸长现象。实验结果表明,所提系统有助于飞秒激光烧蚀诱导透明介质内部微纳结构的原位观察。
超快光学 飞秒现象 超快成像 微纳制造 冲击波
1 暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信重点实验室, 广东 广州 510632
2 暨南大学信息科学技术学院, 广东 广州 510632
目前的流式细胞仪有非成像式和成像式两类。非成像式流式细胞仪虽有高吞吐量但无法提供细胞形态学信息;成像式流式细胞仪虽然能得到细胞的形态学信息,但受传统CCD等面阵列成像传感器的帧率限制,吞吐量不高。针对这一问题,提出并设计了一种基于光学相干检测技术的超快流式细胞定量相位成像系统,其有效线扫描成像速度可达100 MHz。细胞成像实验结果表明,设计的实验系统可获取高对比度的细胞定量相位图像以及5万个细胞每秒的理论吞吐量。
成像系统 流式细胞术 时间展宽 相干光学 显微镜 超快成像 激光与光电子学进展
2018, 55(12): 121102
