層成像技術背景：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系統可以實現亞毫米/亞秒的時空分辨率，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。核醫學神經成像方法(PET和SPECT)可以對神經代謝進行成像，但它們通常具有較差的時間分辨率，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間分辨率，但空間分辨率較差且缺乏解剖(an ...

率成像技術背景：鑒于生命系統的動態和復雜特性，幾乎不可能憑借極小的局部區域的特征來預測系統性行為。要研究系統的生物學特性，例如跨皮質區域的神經網絡活動、白細胞運輸動態或腫瘤轉移，需要一臺至少具有毫米級視場和亞細胞分辨率的顯微鏡以視頻幀率來記錄動態的生物活動。這需要具有高空間帶寬積(分辨率X視場）的光學系統和具有高數據吞吐量(像素數X幀率)的采集系統。最近發明的Mesolens顯微鏡，已經展示出大視場下高分辨率成像能力。在共聚焦掃描模式下，Mesolens 可以從毫米級樣本中收集大量信息，并已用于對整個固定的 12.5 天大的完整小鼠胚胎進行成像。光學系統與尺度相關(scale-dependen ...

學成像技術背景：因為各種化學鍵有其特征頻率，使得基于紅外吸收和拉曼散射的振動顯微術可被用作為無標記對比度機制。然而使用長波長的紅外顯微鏡的分辨率不夠，使用短激發波長的自發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拉曼散射顯微鏡，但是因為非共振背景的存在，限制了其探測靈敏度。受激拉曼散射(stimulated raman scattering,SRS)于1968年初次觀測到，隨后在許多光譜研究中得到廣泛的應用。在自發拉曼散射中，由于非彈性散射的 ...

頻顯示技術背景：全息圖自出現后一直被認為可以再現最逼真的三維圖像，而不會產生視覺副作用。自1990年，麻省理工學院媒體實驗室開發了第一個全息視頻系統以來，全息視頻已被廣泛研究用于商業化。但是，由于存在窄視角、龐大的光學器件和大算力要求的限制，尚未推出商用全息視頻顯示器(這里的時間點指的是2020年)。靜態全息技術通過使用氯化銀和光敏聚合物等全息記錄材料得以迅速發展。納米光子學和超表面也被用于重建靜態全息圖。然而，這些全息介質是不可更新或具有有限的刷新頻率，導致動態全息圖的生成受限。通過使用直接調制光波前的空間光調制器可以以視頻速率更新全息圖，但是還不適合應用于移動全息視頻。要構建移動全息視頻顯 ...

和分類技術背景：COVID-19(新型冠狀病毒感染的肺炎)是由嚴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 年達到大流行的程度。該疾病對醫療保健系統及社會經濟影響產生了嚴重的全球性影響，并且很可能在長時間內存在。事實證明，迅速反應和公共衛生措施在限制病毒傳播、減少活躍病例數以及最終降低死亡率方面是有效的。快速、準確和可擴展的測試已被一致認為對于減輕 COVID-19的影像和未來大流行至關重要。診斷測試準確性由靈敏度和特異性表征。靈敏度定義為患病患者陽性結 ...

IM)技術背景：相襯顯微鏡可以無需染色觀察相位物體。大多數的活細胞是透明的(即相位物體)，光的吸收和散射都很弱，由細胞厚度或折射率變化來改變入射光波的位相分布。而人眼只能感受光強的變化，不能辨別位相變化。 解決這一困難需要將位相變化轉化為強度的變化。生物學家采用對透明細胞的染色技術達到這一目的。但是，染色會對細胞的健康、結構等帶來一系列影響，使得我們不能在顯微鏡下如實的觀察細胞的生命過程。Zernike發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系，將空間的位相變化轉換成人眼可觀測的強度變化，使得透明相位物體無需染色即可清晰的觀察其內部細節。然而，相襯顯微鏡只能定性觀察 ...

位復原技術背景：獲取更多的信息一直是成像領域研究人員的追求目標。更多的信息意味著更大視場，更高的空間分辨率、時間分辨率，更多的空間維度，需要相位信息等。如RUSＨ(傳送門1)、傅里葉疊層成像等都是基于此目的而設計。傳統的光學成像是所拍即所需。而計算成像往往是所拍只是所需的輸入，還需要經過復雜的后端計算處理才能獲得符合人們需要的圖像。計算相位成像能夠從強度測量重建出復數值，即包含振幅和相位信息，能揭示包含在介質固有的光學屬性中的信息(傳送門2)。當計算相位成像與獲取更多信息的理念相碰撞，則激發出各種各樣用于解決大規模(即大數據量)相位重建問題的方法。本文的作者提出的大規模相位復原方法得到業界巨佬 ...

縮成像技術背景：高分辨率圖像易得，但是高分辨高速的視頻采集難以實現。機器視覺在機器人、無人機、自動駕駛汽車和手機應用中的最新進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象觀察、生物熒光成像、體育直播等各個領域有著廣泛的應用，但現有相機工作在高分辨率模式下時，由于受到幀率有限、內存、帶寬和功率的限制，往往通量低。關于高通量成像，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 )鏡頭和傳感器技術已經成熟，但高速和高分辨率成像的主要挑戰在于當前成像系統的處理能力不足。高速高分辨率 ...

積顯示技術背景：全息和小透鏡顯示(光場顯示)依賴于二維顯示調制器，將三維內容的可見性限制在觀察者眼睛和顯示表面之間的體積(即直接視線)。體積方法基于光散射、發射或吸收表面。它們在顯示器周圍的任何地方提供不受限制的可見性，并且可以使用旋轉表面(主動或被動)、等離子體、空氣顯示器和光泳阱來創建。然而，這些方法不能重建聲音和觸覺。迄今為止報道的聲學懸浮顯示器僅展示了以降低的速度控制減少的點數，并且不涉及觸感或可聽見的聲音。技術要點：基于此，英國薩塞克斯大學的Ryuji Hirayama等人提出了一種多模聲阱顯示(multimodal acoustic trap display, MATD)，觀察人員 ...

樣品穿透和背景信號減弱方面具有優勢，可以預測鹽水中葡萄糖、乳酸和肌酐的濃度。方案中使用了一束光纖，以便于在不犧牲光譜分辨率的情況下，將更多的光子從樣本上的大面積傳送到光譜儀的入口狹縫。實驗的設置如上圖2所示：本實驗使用的激發源為200 mW的830氬離子激光泵浦染料激光器。后向散射的光子通過二色分束器被光纖束采集。實驗中記錄光譜的曝光時間為100秒。圖3根據上述實驗經驗與結果，新的方案提出在收集路徑中替換使用拋物面鏡，進一步增加可以記錄的拉曼散射光子的數量，如上圖3所示。這種類型的拉曼系統已經被許多不同的研究小組證明可以有效地測量血液分析物的濃度。圖4另一種強大的拉曼多分量分析方法是使用液芯光 ...