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层成像技术背景：自 1990 年问世以来，血氧水平依赖(blood-oxygen-level-dependent, BOLD)成像(功能性磁共振成像 (fMRI) 的主要形式)一直是非侵入性脑功能成像的支柱。7T MRI系统可以实现亚毫米/亚秒的时空分辨率，但重量超过 20吨，成本超过6百万美元。此外，MRI不适用于具有铁磁植入物或幽闭恐惧症的患者，并且由于操作噪音大而难以忍受。核医学神经成像方法(PET和SPECT)可以对神经代谢进行成像，但它们通常具有较差的时间分辨率，并且受到使用放射性同位素的限制。脑电图、脑磁图和功能性近红外光谱可以提供较高的时间分辨率，但空间分辨率较差且缺乏解剖(an ...

率成像技术背景：鉴于生命系统的动态和复杂特性，几乎不可能凭借极小的局部区域的特征来预测系统性行为。要研究系统的生物学特性，例如跨皮质区域的神经网络活动、白细胞运输动态或肿瘤转移，需要一台至少具有毫米级视场和亚细胞分辨率的显微镜以视频帧率来记录动态的生物活动。这需要具有高空间带宽积(分辨率X视场）的光学系统和具有高数据吞吐量(像素数X帧率)的采集系统。最近发明的Mesolens显微镜，已经展示出大视场下高分辨率成像能力。在共聚焦扫描模式下，Mesolens 可以从毫米级样本中收集大量信息，并已用于对整个固定的 12.5 天大的完整小鼠胚胎进行成像。光学系统与尺度相关(scale-dependen ...

学成像技术背景：因为各种化学键有其特征频率，使得基于红外吸收和拉曼散射的振动显微术可被用作为无标记对比度机制。然而使用长波长的红外显微镜的分辨率不够，使用短激发波长的自发拉曼散射显微镜尽管有高分辨率，但是其灵敏度不够，成像速度不足。相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)显微镜的灵敏度要高于自发拉曼散射显微镜，但是因为非共振背景的存在，限制了其探测灵敏度。受激拉曼散射(stimulated raman scattering,SRS)于1968年初次观测到，随后在许多光谱研究中得到广泛的应用。在自发拉曼散射中，由于非弹性散射的 ...

频显示技术背景：全息图自出现后一直被认为可以再现最逼真的三维图像，而不会产生视觉副作用。自1990年，麻省理工学院媒体实验室开发了第一个全息视频系统以来，全息视频已被广泛研究用于商业化。但是，由于存在窄视角、庞大的光学器件和大算力要求的限制，尚未推出商用全息视频显示器(这里的时间点指的是2020年)。静态全息技术通过使用氯化银和光敏聚合物等全息记录材料得以迅速发展。纳米光子学和超表面也被用于重建静态全息图。然而，这些全息介质是不可更新或具有有限的刷新频率，导致动态全息图的生成受限。通过使用直接调制光波前的空间光调制器可以以视频速率更新全息图，但是还不适合应用于移动全息视频。要构建移动全息视频显 ...

和分类技术背景：COVID-19(新型冠状病毒感染的肺炎)是由严重急性呼吸综合症冠状病毒2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2) 引起的传染病，该疾病在 2020 年达到大流行的程度。该疾病对医疗保健系统及社会经济影响产生了严重的全球性影响，并且很可能在长时间内存在。事实证明，迅速反应和公共卫生措施在限制病毒传播、减少活跃病例数以及最终降低死亡率方面是有效的。快速、准确和可扩展的测试已被一致认为对于减轻 COVID-19的影像和未来大流行至关重要。诊断测试准确性由灵敏度和特异性表征。灵敏度定义为患病患者阳性结 ...

IM)技术背景：相衬显微镜可以无需染色观察相位物体。大多数的活细胞是透明的(即相位物体)，光的吸收和散射都很弱，由细胞厚度或折射率变化来改变入射光波的位相分布。而人眼只能感受光强的变化，不能辨别位相变化。 解决这一困难需要将位相变化转化为强度的变化。生物学家采用对透明细胞的染色技术达到这一目的。但是，染色会对细胞的健康、结构等带来一系列影响，使得我们不能在显微镜下如实的观察细胞的生命过程。Zernike发明的相衬显微镜通过改变直接透射光和相位物体微弱的散射光之间的位相关系，将空间的位相变化转换成人眼可观测的强度变化，使得透明相位物体无需染色即可清晰的观察其内部细节。然而，相衬显微镜只能定性观察 ...

位复原技术背景：获取更多的信息一直是成像领域研究人员的追求目标。更多的信息意味着更大视场，更高的空间分辨率、时间分辨率，更多的空间维度，需要相位信息等。如RUSＨ(传送门1)、傅里叶叠层成像等都是基于此目的而设计。传统的光学成像是所拍即所需。而计算成像往往是所拍只是所需的输入，还需要经过复杂的后端计算处理才能获得符合人们需要的图像。计算相位成像能够从强度测量重建出复数值，即包含振幅和相位信息，能揭示包含在介质固有的光学属性中的信息(传送门2)。当计算相位成像与获取更多信息的理念相碰撞，则激发出各种各样用于解决大规模(即大数据量)相位重建问题的方法。本文的作者提出的大规模相位复原方法得到业界巨佬 ...

缩成像技术背景：高分辨率图像易得，但是高分辨高速的视频采集难以实现。机器视觉在机器人、无人机、自动驾驶汽车和手机应用中的最新进展已将高分辨率图像带入我们的日常生活。高速高分辨率视频虽然在物理现象观察、生物荧光成像、体育直播等各个领域有着广泛的应用，但现有相机工作在高分辨率模式下时，由于受到帧率有限、内存、带宽和功率的限制，往往通量低。关于高通量成像，快照压缩成像（snapshot compressive imaging,SCI)被提出并成为广泛使用的框架。千万像素(10-mega pixel )镜头和传感器技术已经成熟，但高速和高分辨率成像的主要挑战在于当前成像系统的处理能力不足。高速高分辨率 ...

积显示技术背景：全息和小透镜显示(光场显示)依赖于二维显示调制器，将三维内容的可见性限制在观察者眼睛和显示表面之间的体积(即直接视线)。体积方法基于光散射、发射或吸收表面。它们在显示器周围的任何地方提供不受限制的可见性，并且可以使用旋转表面(主动或被动)、等离子体、空气显示器和光泳阱来创建。然而，这些方法不能重建声音和触觉。迄今为止报道的声学悬浮显示器仅展示了以降低的速度控制减少的点数，并且不涉及触感或可听见的声音。技术要点：基于此，英国萨塞克斯大学的Ryuji Hirayama等人提出了一种多模声阱显示(multimodal acoustic trap display, MATD)，观察人员 ...

样品穿透和背景信号减弱方面具有优势，可以预测盐水中葡萄糖、乳酸和肌酐的浓度。方案中使用了一束光纤，以便于在不牺牲光谱分辨率的情况下，将更多的光子从样本上的大面积传送到光谱仪的入口狭缝。实验的设置如上图2所示：本实验使用的激发源为200 mW的830氩离子激光泵浦染料激光器。后向散射的光子通过二色分束器被光纤束采集。实验中记录光谱的曝光时间为100秒。图3根据上述实验经验与结果，新的方案提出在收集路径中替换使用抛物面镜，进一步增加可以记录的拉曼散射光子的数量，如上图3所示。这种类型的拉曼系统已经被许多不同的研究小组证明可以有效地测量血液分析物的浓度。图4另一种强大的拉曼多分量分析方法是使用液芯光 ...