建深度真實(shí)場(chǎng)景的三維視頻技術(shù)背景：三維顯示可以分為立體顯示(stereoscopic display,基于幾何光學(xué))、光場(chǎng)顯示(light-field display,基于幾何光學(xué))和全息顯示(基于波動(dòng)光學(xué))三種。由于立體顯示和光場(chǎng)顯示只能記錄和重建光的強(qiáng)度，在圖像的三維重建過程中造成相位丟失，因此三維圖像的質(zhì)量可能會(huì)下降。相比之下，由于全息顯示器可以將光的強(qiáng)度和相位都記錄為全息圖，因此全息顯示可以準(zhǔn)確重建光的相位，從而可以重建具有深度的高質(zhì)量三維圖像。電子全息術(shù)可以通過在空間光調(diào)制器上顯示全息圖來重建運(yùn)動(dòng)圖像。為了使用電子全息技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維顯示，科研人員已經(jīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)空間中的三維信息獲取、CGH計(jì) ...

層成像技術(shù)背景：自 1990 年問世以來，血氧水平依賴(blood-oxygen-level-dependent, BOLD)成像(功能性磁共振成像 (fMRI) 的主要形式)一直是非侵入性腦功能成像的支柱。7T MRI系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)亞毫米/亞秒的時(shí)空分辨率，但重量超過 20噸，成本超過6百萬美元。此外，MRI不適用于具有鐵磁植入物或幽閉恐懼癥的患者，并且由于操作噪音大而難以忍受。核醫(yī)學(xué)神經(jīng)成像方法(PET和SPECT)可以對(duì)神經(jīng)代謝進(jìn)行成像，但它們通常具有較差的時(shí)間分辨率，并且受到使用放射性同位素的限制。腦電圖、腦磁圖和功能性近紅外光譜可以提供較高的時(shí)間分辨率，但空間分辨率較差且缺乏解剖(an ...

率成像技術(shù)背景：鑒于生命系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和復(fù)雜特性，幾乎不可能憑借極小的局部區(qū)域的特征來預(yù)測(cè)系統(tǒng)性行為。要研究系統(tǒng)的生物學(xué)特性，例如跨皮質(zhì)區(qū)域的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)、白細(xì)胞運(yùn)輸動(dòng)態(tài)或腫瘤轉(zhuǎn)移，需要一臺(tái)至少具有毫米級(jí)視場(chǎng)和亞細(xì)胞分辨率的顯微鏡以視頻幀率來記錄動(dòng)態(tài)的生物活動(dòng)。這需要具有高空間帶寬積(分辨率X視場(chǎng)）的光學(xué)系統(tǒng)和具有高數(shù)據(jù)吞吐量(像素?cái)?shù)X幀率)的采集系統(tǒng)。最近發(fā)明的Mesolens顯微鏡，已經(jīng)展示出大視場(chǎng)下高分辨率成像能力。在共聚焦掃描模式下，Mesolens 可以從毫米級(jí)樣本中收集大量信息，并已用于對(duì)整個(gè)固定的 12.5 天大的完整小鼠胚胎進(jìn)行成像。光學(xué)系統(tǒng)與尺度相關(guān)(scale-dependen ...

學(xué)成像技術(shù)背景：因?yàn)楦鞣N化學(xué)鍵有其特征頻率，使得基于紅外吸收和拉曼散射的振動(dòng)顯微術(shù)可被用作為無標(biāo)記對(duì)比度機(jī)制。然而使用長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外顯微鏡的分辨率不夠，使用短激發(fā)波長(zhǎng)的自發(fā)拉曼散射顯微鏡盡管有高分辨率，但是其靈敏度不夠，成像速度不足。相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)顯微鏡的靈敏度要高于自發(fā)拉曼散射顯微鏡，但是因?yàn)榉枪舱癖?span style="color:red;">景的存在，限制了其探測(cè)靈敏度。受激拉曼散射(stimulated raman scattering,SRS)于1968年初次觀測(cè)到，隨后在許多光譜研究中得到廣泛的應(yīng)用。在自發(fā)拉曼散射中，由于非彈性散射的 ...

和分類技術(shù)背景：COVID-19(新型冠狀病毒感染的肺炎)是由嚴(yán)重急性呼吸綜合癥冠狀病毒2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2) 引起的傳染病，該疾病在 2020 年達(dá)到大流行的程度。該疾病對(duì)醫(yī)療保健系統(tǒng)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響產(chǎn)生了嚴(yán)重的全球性影響，并且很可能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存在。事實(shí)證明，迅速反應(yīng)和公共衛(wèi)生措施在限制病毒傳播、減少活躍病例數(shù)以及最終降低死亡率方面是有效的。快速、準(zhǔn)確和可擴(kuò)展的測(cè)試已被一致認(rèn)為對(duì)于減輕 COVID-19的影像和未來大流行至關(guān)重要。診斷測(cè)試準(zhǔn)確性由靈敏度和特異性表征。靈敏度定義為患病患者陽(yáng)性結(jié) ...

IM)技術(shù)背景：相襯顯微鏡可以無需染色觀察相位物體。大多數(shù)的活細(xì)胞是透明的(即相位物體)，光的吸收和散射都很弱，由細(xì)胞厚度或折射率變化來改變?nèi)肷涔獠ǖ奈幌喾植肌６搜壑荒芨惺芄鈴?qiáng)的變化，不能辨別位相變化。 解決這一困難需要將位相變化轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度的變化。生物學(xué)家采用對(duì)透明細(xì)胞的染色技術(shù)達(dá)到這一目的。但是，染色會(huì)對(duì)細(xì)胞的健康、結(jié)構(gòu)等帶來一系列影響，使得我們不能在顯微鏡下如實(shí)的觀察細(xì)胞的生命過程。Zernike發(fā)明的相襯顯微鏡通過改變直接透射光和相位物體微弱的散射光之間的位相關(guān)系，將空間的位相變化轉(zhuǎn)換成人眼可觀測(cè)的強(qiáng)度變化，使得透明相位物體無需染色即可清晰的觀察其內(nèi)部細(xì)節(jié)。然而，相襯顯微鏡只能定性觀察 ...

縮成像技術(shù)背景：高分辨率圖像易得，但是高分辨高速的視頻采集難以實(shí)現(xiàn)。機(jī)器視覺在機(jī)器人、無人機(jī)、自動(dòng)駕駛汽車和手機(jī)應(yīng)用中的最新進(jìn)展已將高分辨率圖像帶入我們的日常生活。高速高分辨率視頻雖然在物理現(xiàn)象觀察、生物熒光成像、體育直播等各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但現(xiàn)有相機(jī)工作在高分辨率模式下時(shí)，由于受到幀率有限、內(nèi)存、帶寬和功率的限制，往往通量低。關(guān)于高通量成像，快照壓縮成像（snapshot compressive imaging,SCI)被提出并成為廣泛使用的框架。千萬像素(10-mega pixel )鏡頭和傳感器技術(shù)已經(jīng)成熟，但高速和高分辨率成像的主要挑戰(zhàn)在于當(dāng)前成像系統(tǒng)的處理能力不足。高速高分辨率 ...

態(tài)成像技術(shù)背景：對(duì)動(dòng)態(tài)的光學(xué)散射介質(zhì)內(nèi)部成像(如人體組織)是生物醫(yī)學(xué)光學(xué)領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)。 在過去的幾十年里，研究人員已經(jīng)開發(fā)了各種各樣的技術(shù)手段來不同程度的應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。其中包括共聚焦和非線性顯微技術(shù)(現(xiàn)在可以以亞細(xì)胞分辨率對(duì)1毫米深的組織成像)、新型波前整形、飛行時(shí)間漫射光學(xué)(TOF diffuse optics)、光聲技術(shù)(成像深度擴(kuò)展到厘米級(jí),分辨率較低)等。動(dòng)態(tài)散射樣品(由熱變化和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)引起的微觀運(yùn)動(dòng))的光學(xué)散射特征會(huì)隨時(shí)間快速變化，為有效的活體深層組織成像帶來了挑戰(zhàn)。一種可行的策略是直接測(cè)量散射樣品的內(nèi)部動(dòng)態(tài)，利用這些動(dòng)態(tài)變化來輔助成像。例如，在此類方法中，主要目標(biāo)不是形成基于強(qiáng)度 ...

云模型技術(shù)背景：電子全息術(shù)作為一種理想的3D圖像表示方法，吸引了研究人員的目光。然而，實(shí)時(shí)計(jì)算和顯示三維數(shù)據(jù)是很困難的，因?yàn)檫@需要大量的計(jì)算。為了加快計(jì)算機(jī)生成全息圖(CGH)的計(jì)算，一系列方法被提出，如：查找表法(look-up table)、遞歸關(guān)系法(recurrence relation)、波前記錄平面法(wavefront recording plane)、基于稀疏法(sparsity-based)、塊模型法(patch model)、多邊形模型法(polygon model)、射線-波前轉(zhuǎn)換法(ray-wavefront conversion)、基于層法(layer-based)。 ...

行計(jì)算技術(shù)背景：視頻全息術(shù)(電子全息術(shù))于 1990年首次證實(shí)。隨著該領(lǐng)域的發(fā)展，可以清晰的意識(shí)到電子全息術(shù)的主要限制是缺乏高清顯示設(shè)備和需要高速計(jì)算。在此期間，顯示設(shè)備可實(shí)現(xiàn)的分辨率增加了10倍，從大約10μm到接近1μm，現(xiàn)在正接近使常規(guī)應(yīng)用變得實(shí)用的水平。然而，隨著全息顯示精度的提高，計(jì)算量也隨之增加。例如，像素間距為1μm的1m × 1m全息圖需要10^12像素，而典型的二維顯示器約10^6像素(增加了 10^6 倍)。當(dāng)考慮將三維圖像轉(zhuǎn)換為全息圖的成本時(shí)，需要增加 10^6 的計(jì)算能力。開發(fā)實(shí)用的全息三維圖像系統(tǒng)的研究主要集中在加快處理時(shí)間上。當(dāng)前已經(jīng)提出了基于查找表或差分法等技術(shù)的 ...