博览:2021 Light Sci Appl 近红外成像窗口的完善和延伸技术背景:荧光成像已广泛应用于医疗实践,随着对光与生物组织相互作用认识的深入以及检测技术成本的下降,荧光成像波长整体上从可见光区域不断红移到近红外(NIR)区域。光在生物介质中传播时的能量损失可归咎于吸收衰减和散射干扰。吸收损耗决定了我们能否捕捉到信号,而散射信号总是降低图像的清晰度。此外,生物组织过度吸收光可能会导致组织损伤。一些生物分子的自发荧光总是与有用信号混合在一起,最终成为拍摄图像的背景。因此,光吸收和散射对荧光图像采集完全有害的根深蒂固的信念促使大多数研究人员追求具有最小光子吸收和散射的完美窗口用于生物成像。基 ...
博览:2020 CVPR 用于单帧高动态范围成像的深度光学技术背景:高动态范围(High dynamic range,HDR)成像是使用最为广泛的计算摄影(computational photography)技术之一。它具有许多的应用,如基于图像的照明(image-based lighting)、HDR显示、图像处理等。然而,相机图像传感器的动态范围从根本上受限于其像素的满阱容量。当产生的光电子数量超过满阱容量时(通常是在对具有高对比度的场景进行成像时),强度信息会因饱和而不可逆转地丢失。不断缩小的像素尺寸,例如在手机应用中,会加剧这个问题,因为满阱容量与像素尺寸成正比。目前已经开发了几种不同 ...
博览:2021 Optica 基于迈克尔逊全息的全息近眼显示图像质量优化技术背景:虚拟现实(virtual reality,VR)和增强现实(augmented reality,AR)中的近眼显示要求具有高图像质量,在紧凑的设备外形中支持大视野、聚焦提示(focus cues)以及大小合适的眼盒。全息近眼显示有希望满足这些要求,并在过去的数年里取得了显著的进展。 全息近眼显示不同于传统的近眼显示,它使用相位型空间光调制器(spatial light modulator,SLM)对入射光波整形,目标图像通过干涉的方式形成。用于全息显示的相位型SLM存在衍射效率低的问题。这是由于其有限的像素填充因 ...
博览:2021Nat Comput Sci可拓展的光学学习算子技术背景:早期的光学计算机被用于做一些线性运算的计算(如傅立叶变换和相关性),并主要应用于模式识别和合成孔径雷达。然而,随着现代超大规模集成技术和高效算法的出现,基于硅电路的数字信号处理变得如此快速和并行,以至于模拟光学计算难以与之匹敌。随后出现的数字光计算将非线性光开关与取代电线的线性光互连(optical interconnections)相结合,并在1980年代得到了热烈追捧。光互连在功耗方面具有优势;然而,在全光实现中,与电子开关相比,光开关的功率低下和大尺寸抵消了这一优势。因此,全光数字计算机还没有竞争力。光学还被用于不基 ...
高光谱光场层析成像:一次拍照获得五维信息技术背景一个光场可以用七维全光函数来表征,。沿所有维度记录光线可揭示输入场景的体积、光谱和时间信息。然而,传统的图像传感器仅测量二维全光函数,大部分信息都未记录,且测量效率低下。测量高维全光函数面临两个主要难题:降维和测量效率。一方面,由于大多数光子探测器是二维(图像传感器)、一维(线传感器)或零维(单像素传感器)的,用低维传感器采集高维全光函数通常需要沿另一个维度进行大量扫描。例如,为了获取全光数据立方体,高光谱成像仪通常在空间域或光谱域中进行扫描,从而导致采集时间延长。相比之下,像映射光谱仪(image mapping spectrometer, I ...
2018 Nature Photonics:单像素成像的原理和前景技术背景:(1)像素数对于成像用的相机是很重要的。你的相机有多少像素?真正应该问的问题是你的相机需要多少像素?用于数字图像采集的硅基电荷耦合器件 (CCD) 和互补金属氧化物半导体 (CMOS) 像素化传感器的发展是一个快速变化的领域。从手机到专业数码单反相机,构成传感器芯片的像素数量既是性能指标,也是营销必不可少的话题。(2)在不适合硅基阵列图像传感器应用的场景,使用单像素探测器二维光栅扫描(raster-scanned)的成像效率与图像像素数成反比。现代扫描技术通常采用一对振镜,用于将光引导到单像素探测器上。光栅扫描系统通常 ...
2019年 Optics Express:傅里叶光场显微镜技术背景:光场显微镜 (lifgt-field microscopy, LFM) 同时采集入射光的二维空间和二维角度信息,可以从单个相机帧计算重建样本的完整三维体积。与其它以顺序或扫描方式累积空间信息的荧光成像技术不同,这种四维成像方案有效地从空间尺度(例如视场 (FOV) 和空间分辨率)上减小了体积采集时间,从而使 LFM 成为生物系统高速体积成像的有效工具之一,并具有低光损伤的特点。最新的 LFM 技术已经证明了其能够应用于功能性脑成像,在数十至数百微米的深度保持细胞级空间分辨率,体积采集时间为 10 毫秒级。甚至,该方法最近已被证 ...
Nature Methods:基于深度学习和光场显微镜的实时生物动力学体积重建技术背景:因为在长时间跨度内对三维组织中毫秒级的瞬态细胞活动进行观察是生物学经常要面对的问题,所以,如何从目标中提取更多的时空信息是生物学中反复出现的挑战。目前已有几种成像技术,包括落射荧光和平面照明方法,可以以高空间分辨率对活体样本在三个维度进行成像。然而,它们需要记录大量二维图像来产生三维体积,并且时间分辨率因相机需要采集多帧而受到影响。光场显微镜 (light-field microscopy, LFM) 已成为瞬时体积成像的首选技术。它通过将瞬态三维光场信息记录在单个二维相机帧上,然后通过后处理恢复三维光场分 ...
2018年综述:计算成像(中)4、计算成像计算成像通过对所有元素采取并行设计和联合优化的方法来平衡光学和电子的处理能力,各个元素不被认为是相互独立的。尽管在1990年前已经有应用计算成像概念的工作存在,但是,直到1990年代,成像界才将这些单独的成像问题解决方案视作是方法上的根本转变。计算正在成为成像的一个明确和不可或缺的部分。最先涉及光学和计算联合的成像工作之一是Cathey作出的,他讨论了如何通过光学和信号处理的联合设计来提升分辨率或增强电子检测的图像。首先证明这种成像方法的优势的工作之一是Matic和Goodman作出的,他们发现,当对图像进行滤波的时候,滤波函数分布在光学和后端检测处理 ...
用于等效时间采样应用的空间多路单腔双光梳激光器1.介绍双光学频率梳(简称双光梳)[1]的概念在光频梳被提出后不久被引入[2-4]。在时域上,双光梳可以理解为两个相干光脉冲序列,它们的重复频率有轻微的偏移。自问世以来,双光梳光源及其应用一直一个重要研究课题[5]。双光梳光源与早期用于泵浦探测测量的激光系统有许多相似之处。特别是,利用两种不同重复频率对超快现象进行采样的想法,早在20世纪80年代就已经通过等效时间采样概念的演示进行了探索[6,7]。在这种情况下,通过frep/的因子,超快动态过程在时域中被缩小到更慢的等效时间。这里frep是采样频率,是采样频率与激发重频的差值。这个概念很快通过一对 ...
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