傅里叶叠层显微术的照明光强校正研究北大核心CSCD

傅里叶叠层显微术(FPM)是一种新型的计算显微成像技术,FPM与传统显微术照明方式不同,常采用可编程LED阵列进行不同角度照明,而LED灯珠发射光强与角度有关,随角度增大光强迅速减弱,不同角度照明光强不能保证一致,导致重建图像质量下降。因此,在进行相位迭代反演计算过程中,需要对不同角度照明拍摄的图像进行光强校正。介绍了不同角度照明光强不均一的原因,通过数值模拟,探讨了对不同角度照明光强进行校正的必要性,最后给出了物理上光强校正的实验结果。     

傅里叶叠层显微成像模型、算法及系统研究综述

大视场、高分辨率以及相位成像是光学显微领域长期追求的目标,然而这些性能在传统显微成像技术框架中难以兼顾,这在很大程度上限制了传统显微成像技术的应用范围.传统的显微成像方法通常以提高系统造价或降低其他成像性能为代价来提升成像空间带宽积或相位成像能力.傅里叶叠层显微(FPM)成像作为一个极具代表性的计算显微成像技术框架,无...     

高通量快速傅里叶叠层显微成像技术研究进展

傅里叶叠层显微术（Fourier ptychographic microscopy,FPM）是一极具前景的计算成像技术,它具有高分辨率、大视场、无标记和定量相位等优势。由于它灵活的系统、高对比度的成像结果、无需干涉装置和光源机械扫描部件,在数字病理学、体外细胞无标记观察和实时监测等方面得到了大量的研究和应用。文中主要介绍了FPM技术的系统误差校正方法、基于FPM的高通量显微成像和高速显微成像技术研究的基本原理、研究现状和最新进展,提出了目前面临的问题以及未来的发展趋势。     

波长复用傅里叶叠层显微术的关键参数研究

波长复用傅里叶叠层显微术(WMFPM)是为了提 高傅里叶叠层显微术的采集效率和进一步获取高分辨率彩色图 像而提出的,但是目前选用实验系统器件参数时没有确定的方向。为了研究波长复用傅里叶 叠层显微系统 的关键参数对恢复彩色图像质量的影响,仿真实验分别研究了空间采样率、频 谱重叠率以及 二者结合对最终恢复质量的影响,结果表明:在相同的频谱重叠率下,空间采样率需要 满足空域采样 要求才能保证恢复质量,所以要选择满足空间采样要求的相机像素尺寸;在相同的空间采样 率下,频谱重 叠率在50%之间,可以达到较好的恢复质 量,因此需要根据实际的实验条件选择合适的LE D和样品之间的距离。研究结果对设计系统和选用最佳的系统参数提供了一定的指导作用。     

空间频谱约束傅里叶叠层成像重建方法

傅里叶叠层成像是一种能够同时实现大视场和高分辨的成像方法,公开发表的文献表明其空间分辨率极限由照明数值孔径和物镜数值孔径决定。为了进一步提高其分辨率,提出了频域和空间约束傅里叶叠层重建方法:利用传统重建算法获得的空间频谱进行频域约束,以传统重建算法获得的图像进行空间约束;该方法基于一个假设:图像具有稀疏特性;从传统重建算法获得的图像中提取所需的频域和空间约束条件,不需要额外采集数据和硬件改进。仿真和实验结果表明:与传统无约束重建方法相比,提出的算法能够提高分辨率和改善对比度,空间分辨率提高幅度高达~26%。     

选择型照明傅里叶叠层成像提取粒子尺度

提出了一种粒子尺度信息提取方法,通过将傅里叶叠层思想应用到粒子尺度信息提取中实现了比/NA更高的空间分辨率。在传统的傅里叶叠层成像系统中,采用一个二维LED阵列作为光源以获得不同角度的照明,通过扫描阵列中的所有LED,获取一系列低分辨图像,然后利用这些低分辨图像生成一幅高分辨图像。为了减少所需的低分辨图像幅数,进一步提出了选择型照明傅里叶叠层成像提取粒子尺度信息的方法,通过分布在一个圆周上的LED提取粒子尺度信息,根据分辨率极限公式给出了圆周半径的选择方法。仿真结果结果表明提出的方法在不损失精度的前提下能够大幅度减少需要的低分辨图像幅数。     

随机光学重构显微术及其应用研究进展

在光学显微成像领域,涌现出一批可以突破衍射极限的超分辨显微成像技术,极大地增强了人们研究亚细胞结构的能力。基于单分子定位技术的随机光学重构显微术（Stochastic Optical Reconstruction Microscopy,STORM）具有易懂的成像原理、简单的工作方式以及超高的分辨率等特点,受到越来越多的研究者青睐。首先,介绍了单分子定位技术的原理,讨论了STORM光路的搭建,阐述了二维和三维STORM超分辨显微成像原理。其次,探讨了多色STORM以及STORM与电镜关联成像现状。最后介绍了STORM技术现阶段的应用进展。     

傅里叶变换轮廓术新理论研究

采用传统的傅里叶变换轮廓术(FTP),必须保证投影装置出射光瞳和成像装置入射光瞳的连线与参考面平行,并且它们的光轴应在同一平面上,才能得到较为准确的测量结果。改进了傅里叶变换轮廓术测量装置,从理论上证明了双瞳连线不平行参考面,且双光轴也不共面时的测量原理,推导出了新的、适用范围更广泛的相位-高度映射算法,使实验系统的搭建变得比较容易,投影装置和成像装置的摆放位置可以随意移动以方便获取全场条纹。所提出的方法为在难以实现双瞳与参考面平行或难以使双轴共面的特殊环境下提供了获得可靠测量结果的途径,并且传统的傅里叶变换轮廓术测量系统是所提出系统结构的一个特例。计算机模拟及实验均证实了该方法的有效性。     

基于金刚石NV色心的超分辨成像技术北大核心CSCD

光学显微镜的出现为细胞等微观结构的研究打开了新的大门,然而衍射极限的限制使得更加精细的结构难以探测。近年来,一些充满创造性的方法突破了衍射极限,达到纳米级分辨率。氮-空位(NV)色心是金刚石中一种常见的发光缺陷,由于其具有明亮而稳定的发光性质和较长的电子自旋相干时间而被广泛应用于量子计算与量子测量中;同时,NV色心在超分辨成像技术中也发挥着巨大作用,通过与各种超分辨成像显微镜的结合,实现了对NV色心的纳米级分辨率成像,而且进一步实现高空间分辨率的量子传感。本文简单介绍了NV色心的结构与性质,以及各类成像技术的基本原理;对NV色心与超分辨成像结合的各项技术实验成果进行了归纳与比较,并对其应用进行了总结与展望。     

基于结构照明的超分辨荧光显微成像重建算法

由于具有低光毒性、高速宽视场以及多通道三维超分辨成像能力,超分辨结构照明显微术(SR-SIM)特别适合用于活细胞中动态精细结构的实时检测研究。超分辨结构照明显微图像重建算法(SIM-RA)对SR-SIM的成像质量具有决定性影响。本文首先简要介绍了超分辨显微术的发展现状,阐述了研究SR-SIM图像重建算法的必要性;然后介绍了SR-SIM的成像原理,并重点介绍了SR-SIM图像重建算法,包括SR-SIM中频繁使用的去卷积重建算法、SR-SIM校准与重建过程中参数值获取的算法,以及目前发展的超分辨结构照明显微图像重建算法,并介绍了SR-SIM工具箱;最后总结了当前发展超分辨结构照明显微图像重建算法需解决的5个问题。     

基于深度学习的荧光显微性能提升（特邀）

荧光显微镜具有对样品损伤小、可特异性成像等优点,是生物医学研究的主流成像手段。随着人工智能技术的快速发展,深度学习在逆问题求解中取得了巨大成功,被广泛应用于诸多领域。近年来,深度学习在荧光显微成像中的应用掀起了一个研究热潮,为荧光显微技术发展提供了性能上的突破与新思路。基于此,首先介绍了深度学习的基本网络模型,然后对基于深度学习的荧光显微成像技术在荧光显微的空间分辨率、图像采集及重建速度、成像通量和成像质量提升方面的应用进行阐述。最后,对目前深度学习在荧光显微成像中的研究进行总结与展望。     

单光纤成像技术北大核心CSCD

综述了单光纤成像技术的研究现状和动态。单光纤成像技术采用单根多模光纤进行成像,光纤既是成像器件又是传像器件,无需增加扫描器件和成像透镜便可将光纤一端视场范围内的场景一次性传输到另一端,因此又称为宽场光纤成像技术。该技术可减小成像光纤探头的直径,实现超细内窥成像。单光纤成像技术是一种计算成像方法,是在全息光学和傅里叶光学的基础上发展起来的,包括传输矩阵法和相位补偿法两种成像方法。对于多模光纤,如果可以预先得到频域(或空间域)的传输矩阵,则可以从光纤输出端光场中恢复目标图像,也可以预先测量光束通过光纤后的波前畸变。在成像系统中增加该波前畸变的共轭相位场,可以消除相应的波前畸变,从而在输出端获得不失真的目标图像。     

三维超分辨显微成像技术的研究进展及展望

超分辨显微成像技术是细胞生物学中研究细胞器结构、相互作用和蛋白质功能的强大工具,其具有突破光学衍射极限的分辨能力,从纳米尺度上为细胞生物学提供了新的分析手段,对生命科学相关领域具有重大意义.然而,受衍射极限的影响,超分辨显微镜的轴向分辨率相比于横向分辨率要更难以提高,这导致实现细胞结构亚百纳米分辨率的三维成像更为困难.从受激辐射损耗显微术和单分子定位显微术这两种主流技术出发,对目前存在的多种三维成像技术进行了原理介绍和特点分析,最后对其未来发展方向进行了展望.     

基于无人机影像的畸变校正研究北大核心CSCD

由于无人机体积小、重量轻,其在空中受到风力的影响较大,所拍摄的影像存在的畸变也比较大,因此,在影像匹配处理前进行畸变校正具有实际意义。利用Canny算子进行边缘提取,并依据Hough变换理论获得大量地物轮廓线;再利用以步长逼近获得像点真实坐标的反解算模型的方法来辅助校正并检测校正结果。同时,针对地物轮廓线之间存在平行、垂直等特点,提出了四边形连接法、平行线约束法等校正方法,并通过实验证明取得的结果令人满意。     

荧光共焦显微术与多光子显微术的差别

共焦显微术和多光子显微术因其可以对厚的生物样品实现光学断层成像，因而在生物医学等领域具有广泛的应用前景，本文详细综述了共焦显微术和多光子显微术在成像原理及特性等方面的差别，在此基础上，讨论了每种显微术各自的优点、局限性及应用前景。