.消色差拓展景深和超分辨成像的光學和圖像處理端到端優化技術背景：自然界中動物的視覺系統通常高度適應其生存環境，而人類shi界中數字成像系統在被廣泛應用于各種場景的情況下，卻被設計成只模擬人眼。盡管這種通用設計在有些場合很成功，但是，我們不禁要問：對于一個特定的任務，什么樣的相機設計才是非常好的呢？為了回答這個問題，在過去的二十年里，人們開始探索針對特定領域的計算相機。通過聯合設計相機光學和圖像處理算法，計算相機能比傳統通用成像系統在特定任務上具有更優的性能。計算相機已經在一系列應用中展現出其能力。如拓展景深，超分辨，寬動態范圍成像等。當前不足：過往在計算相機上的探索是啟發式的，并沒有考慮后處理 ...

學概念技術背景：全世界人口中持續增長的惡性腫瘤及生活方式誘導的疾病迫切需求一種新的、無創的、無標記的成像模態用于早期在體疾病檢測。這些在體檢測包括常規的疾病狀態無創檢測、手術過程中的術中成像等。目前，許多研究表明，聯合相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)、二次諧波生成(second harmonic generation,SHG)、雙光子激發熒光(two-photon excited fluorescence,TPEF)的多模非線性顯微鏡，可以實現離體生物樣本的分子組成和形態信息的高靈敏和高特異性無創無標記檢測(區分惡性 ...

經網絡技術背景：采用馮-諾依曼架構的現代電子產品的計算能力在本質上受到處理和存儲單元之間數據傳輸速率的限制。如神經形態方法這樣的新興計算架構，通過將邏輯與內存交織在一起，是更有效的計算策略。近年來，光學手段再次被看作為完全或部分取代基于電子的計算機器的有希望的選擇。其中，光計算尤其令人感興趣，因為它每比特所需的能量以及延時都更少。2017 年，麻省理工學院的一組研究人員通過級聯多個Mach-Zehnder干涉儀(MZI)在硅芯片上展示了一個突破性的、完全集成的光學神經網絡(optical neural network,ONN)。通過計算每個MZI的相應相位，可以將任意矩陣有效地映射到該ONN硬 ...

度學習技術背景：無需明確指令即可快速、高效地學習、組合和分析大量信息的計算機正在成為處理大型數據集的強大工具。“深度學習”算法因其在圖像識別、語言翻譯、決策問題等方面的實用性而在學術界和工業界引起了極大的興趣。傳統的中央處理單元 (central processing unit,CPU)不是實現這些算法的好選擇，學術界和工業界越來越致力于開發針對人工神經網絡(artificial neural network, ANN)和深度學習中的應用程序量身定制的新硬件架構。如圖形處理單元(graphical processing unit, GPU)、專用集成電路(application-specifi ...

美光學技術背景：在硅光子技術中使用馬赫-曾德爾干涉儀(Mach-Zehnder interferometer, MZI)可以實現給定維度的任意空間線性光學函數。當前不足：如空間模式轉換器、線性光學量子計算門以及用于通信和其它應用的任意線性光學處理器這樣的光學函數，可以在硅光子技術中使用MZI網格(mesh)來實現，但性能受到不能實現理想的50：50分割的分束器的限制。文章創新點：基于此，美國斯坦福大學的David A. B. Miller提出了一種新的架構和一種新穎的自我調整方法，可以自動補償從85∶15到15∶85之間由于不完美制造產生的非理想分光比，并能夠大規模制造用于各種復雜和精確線性光 ...

立噪聲技術背景：獨立噪聲不利于實驗結果。由于神經元信號相比觀察腦活動儀器的散粒噪聲和熱噪聲較弱，因此獨立噪聲會影響系統神經科學的實驗結果。如，涉及到光子計數的熒光指示劑在體成像(電壓和鈣)，其散粒噪聲在像素級測量中占主導地位。同樣地，電子電路中存在的熱噪聲和散粒噪聲會影響fMRI中體內電生理記錄和血氧水平依賴性(BOLD)反應中動作電位的檢測，從而影響真實生物信號的測量。手動設計濾波器去噪使用場景有限。當時空上接近的數據點有相同的潛在信號，但是被噪聲獨立影響時，中值或高斯濾波(在時域或傅里葉域)可以用于增強單次試驗動態，代價是空間和/或時間分辨率。盡管濾波的方法被廣泛使用，當數據之間的關系橫跨 ...

維全息技術背景：AR/VR系統給予用戶以前所未有的體驗，但是當前AR/VR的光引擎受限于峰值亮度、電源效率、設備外形尺寸、視覺上地聚焦誘導、像差校正能力等因素。全息近眼顯示能夠解決上述多種問題，并且可以唯一的使用單個空間光調制器(spatial light modulator,SLM)和相干光源，合成三維強度分布。盡管全息的基本原理已經在70多年前就已經被提了出來,但是高質量的全息圖獲取在21世紀初才實現。使用SLM生成高質量的數字全息圖的主要挑戰在于計算生成全息(computer generated holography,CGH)的算法。傳統的CGH算法依賴于不足以準確描述近眼顯示物理光學的 ...

學器件技術背景：光學透視增強現實(optical see-through augmented reality,OST-AR)系統提供前所未有的用戶體驗，預計將對通信、遠程工作、娛樂、醫療保健、教育、模擬和培訓等應用產生變革性影響。這些新的用戶體驗將數字圖像無縫疊加在用戶周圍的物理環境上。在這些系統中，近眼顯示器是用戶和數字疊加內容之間的主要視覺接口。因此，設計OST-AR顯示器以提供視覺上引人注目的結果，同時為不同的用戶群體提供舒適的體驗至關重要。為此，OST-AR顯示器必須能夠在目標應用的視場上顯示高質量數字圖像，具有大視野和高度的顏色和亮度均勻性，同時保持設備輕薄。現有的OST-AR系統不 ...

T成像技術背景：光學相干層析(OCT)在眼科成像中扮演重要的角色，但是使用條件苛刻。OCT的使用徹底改變了用于眼部內科和外科醫療的診斷成像手段。眼科醫務人員現在通常使用OCT來檢測各種常見的眼部疾病，包括與年齡相關的黃斑變性(macular degeneration)、糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy)、青光眼(glaucoma)和角膜功能障礙(corneal dysfunction)。事實上，自OCT出現以來，它就在定義這些疾病的診斷標準和推動治療決策方面發揮了重要作用。不幸的是，為此目的而設計的臨床 OCT 系統通常是隔離在眼科辦公室或大型眼科中心的專用成像室中的 ...

像系統技術背景：光譜圖像是三維(3D)數據結構，由在不同波長下測量的同一場景的多個二維(2D)圖像組成。光譜圖像在醫學成像、遙感、國防和監控以及食品質量評估等領域都有應用。跨多個波長的空間信息量是傳統掃描采集成像系統的主要挑戰之一，為了獲得多個高清圖像，這些系統需要較長的曝光時間，因此限制了它們在實時應用中的使用.目前，基于壓縮感知(CS)的快照光譜成像(spectral imaging,SI)技術通過感知(sensing)編碼投影獲取的光譜信息，然后計算復原光譜圖像，可以大幅降低所需要采集的光譜信息量。在這種情況下，可以從線性系統準確估計光譜圖像，其感知矩陣表示隨機測量采集。目前已經有數種基 ...