Large field-of-view non-invasive imaging through scattering layers using fluctuating random illumination
无创光学成像技术在许多领域是必不可少的诊断工具。尽管已经提出了各种最近的方法来利用和控制多个散射介质中的光，但是由于光学记忆效应所设定的物理限制，特别是在没有波前成形技术的情况下，穿过大视场的散射层和散射层内部的非侵入式光学成像仍然是难以实现的。在这里，我们展示了一种方法，使非侵入性的荧光成像散射层后面的视野延伸远远超出了光学记忆效应。该方法包括在分层的散斑图案由荧光物体发出的变量未知的随机照明下，使用矩阵分解和一种新的基于指纹的重建。实验验证表明，该方法的效率和鲁棒性与各种荧光样品，覆盖的视野高达三倍的光学记忆效应范围。我们的非侵入性成像技术是简单的，既不需要空间光调制器，也不需要引导星，并且可以推广到广泛的非相干对比机制和照明方案。
2021-07-17 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Non-Invasive Imaging Method of Microwave Near Field Based on Solid State Quantum Sensing
本文提出了一种利用含氮空位金刚石进行微波近场非侵入成像的方法。采用同步脉冲序列与电荷耦合器件相机相结合的方法测量微波磁场的幅值。通过测量沿四个氮空位轴的左和右圆极化，开发了局部场矢量的完整重建公式，包括幅度和相位。与光栅扫描法相比，二维成像法更适合于电路故障分析。具有微米厚度的金刚石膜能够实现高分辨率近场成像。所提出的方法有望在单片微波集成电路芯片的本地诊断，天线特性，微波腔和波导的场模成像的应用。
2018-01-05 physics.ins-det physics.optics
Non-invasive light focusing in scattering media using speckle variance optimization
散射介质内部的光学成像仍然是生物成像中的一个基本问题。虽然波前整形已被证明允许在深度处聚焦相干光，但非侵入性地实现它仍然是一个挑战。为此目的，已经提出了各种反馈机制，特别是基于声学或非线性荧光的反馈机制。然而，利用线性激励在荧光物体上的深度处的非侵入性聚焦仍然没有解决。在这里，我们报告了一个简单的方法，用于在散射介质内的epi检测几何形状与线性信号聚焦：优化的空间方差的低对比度散斑图案发射的一组荧光源。实验上，我们证明了强大的和有效的聚焦散射光在一个单一的来源，并表明，这种方差优化方法是正式等价于以前的优化策略的基础上双光子荧光。我们的技术应该推广到各种各样的非相干对比机制，并拥有有趣的前景，深生物成像。
2019-06-04 physics.optics
Non-invasive estimation of the metabolic heat production of breast tumors using digital infrared imaging
在这项工作中，由乳腺肿瘤产生的代谢热估计间接和非侵入性的数字红外图像和数值模拟一个简化的乳腺模型和癌性肿瘤，这个参数可以是临床上的重要性，因为它已经与倍增体积的时间和恶性特定的肿瘤。结果表明，数字红外成像有可能估计在一个非侵入性的方式通过计算其代谢产热的生物热热传递模型的肿瘤的恶性程度。
2011-12-09 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Non-invasive, near-field terahertz imaging of hidden objects using a single pixel detector
太赫兹（THz）成像具有穿透其他不透明材料的能力。然而，由于太赫兹辐射的长波长（在1 THz处λ=300μm），远场太赫兹成像技术在所获得的分辨率方面远远优于光学成像技术。在这项工作中，我们演示了近场太赫兹成像与单像素探测器。我们将一个时变光学掩模投影到硅片上，用于空间调制太赫兹辐射脉冲。对应于每个掩模的远场透射由单个元件检测器记录，并且该数据用于重建放置在硅晶片的远侧上的物体的图像。我们展示了一个证明的主要应用，我们图像的印刷电路板的底面上的115μm厚的硅晶片与~100μm（λ/4）的分辨率。与亚波长分辨率和固有的灵敏度提供的THz探测频率的局部导电性，我们表明，它是可能的，以检测几微米大小的电路布线中的裂缝。这种类型的成像系统可以具有其他用途，其中需要以高分辨率对隐藏结构进行非侵入性测量或成像，例如在半导体制造或生物成像中。
2016-02-18 physics.optics
Non-invasive color imaging through scattering medium under broadband illumination
针对宽带照明下散射介质散斑相关成像不可靠且速度慢的问题，提出利用记忆效应范围内多帧散斑构建光学传递函数的成像方法，在白光LED下实现稳定快速的振幅和彩色物体成像，适用于自然光高速散射成像。
2022-10-10 eess.IV physics.optics
Non-invasive real-time imaging through scattering layers and around corners via speckle correlations
通过复杂样品和复杂样品内部的光学分辨率成像是一项艰巨的挑战，在许多领域都有重要的应用。基本问题是，不均匀的样品，如生物组织，随机散射和漫射光，阻碍传统的成像。尽管有许多进步，但目前还没有一种方法能够使用漫射光实时无创成像。在这里，我们表明，由于散斑相关性的记忆效应，用标准高分辨率相机捕获的散射光的单个图像，编码了通过介质或拐角成像所需的所有信息。我们通过实验证明了单次拍摄成像通过散射介质和周围的角落，使用非相干光和各种样品，从白漆到动态生物样品。我们的无透镜技术很简单，不需要激光源，波前整形，也不需要时间选通检测，并且在这里使用照相手机来实现。它有可能在目前无法访问的场景中实现成像。
2014-03-13 physics.optics
Non-invasive super-resolution imaging through scattering media using fluctuating speckles
将超分辨率成像技术扩展到隐藏在强散射介质中的物体，可能会彻底改变更广泛类别的样品（如生物组织）的技术分析。主要的挑战是介质的不均匀结构，这些结构会扰乱光路并产生类似噪音的斑点图案，即使在低分辨率水平也会阻碍物体的可视化。在这里，我们提出了一种计算方法，依靠对象的空间和时间的波动，通过非侵入性的散射介质可视化纳米级的对象。波动的物体可以通过随机散斑照明、通过动态散射介质照明或闪烁发射器来实现。光学记忆效应使我们能够在衍射极限分辨率下导出物体并估计点扩展函数（PSF）。通过反卷积得到起伏目标的多幅图像，然后通过计算高阶累积量得到超分辨率图像。高阶累积量的非线性显著地抑制了所得图像中的噪声和伪影，并将分辨率提高了$\sqrt{N}$倍，其中$N$是累积量阶数。我们的非侵入性超分辨率散斑起伏成像（NISFFI）提出了一种纳米显微镜技术，具有非常简单的硬件，可以可视化散射介质后面的样品。
2021-09-16 eess.IV eess.SP physics.optics
Non-invasive imaging through thin scattering layers with broadband illumination
基于记忆效应的方法已被证明是可行的，通过薄的散射层，甚至从单次拍摄的散斑图案观察隐藏的对象。然而，大多数现有的方法都是使用窄带照明或需要邻近隐藏对象的点光源作为参考来执行的，以进行成像系统的侵入式预校准。在这里，受移位相加算法的启发，我们提出，通过随机选择和平均的散斑图案的不同的子区域，类似的自相关（我们称之为R-自相关）的隐藏对象的图像模式可以被提取。通过数值模拟和实验，我们证明了与真实自相关相比，R-自相关模式具有显著更低的背景和更高的对比度，这使得隐藏对象的重建更好，特别是在宽带照明甚至白光的情况下。
2018-09-18 eess.IV physics.optics
Non-invasive optical focusing inside strongly scattering media with linear fluorescence
散射介质内的非侵入式光学聚焦仍然是一个很大的挑战，因为非均匀介质散射入射光子用于聚焦和出射光子用于观察。已经报道了利用非线性荧光或超声的各种方法来解决这个困难。然而，这些方法的实施是复杂且非常昂贵的，因为必须采用超快激光系统或光声设备。在这里，我们展示了一种波前整形技术，仅使用线性荧光信号实现散射介质内的非侵入性聚焦（NiF）。利用线性荧光产生的非相干散斑的对比度和平均值作为反馈信号来优化输入波前。虽然增加散斑对比度使焦点更紧，增加散斑平均值增强强度，但在我们的两步优化中微调这两个因素的贡献是必不可少的。一个最佳的波前被发现同时实现微米焦斑大小（下至20微米直径）和高强度（超过100倍的增强）内的散射介质。我们的方法有望在生命科学中开辟一条新的途径，即用线性荧光剂聚焦、成像或操纵生物组织。
2020-02-04 eess.IV eess.SP physics.optics
Non-invasive dynamic or wide-field imaging through opaque layers and around corners
在混浊介质中，光的光的散射扰乱了入射光束的信息，并且表示对光学成像的障碍。由于不可靠的图像重建过程，通过不透明层的非侵入性成像对于动态和宽视场对象是具有挑战性的。在这里，我们提出了一个新的视角来解决这些问题：而不是使用全点扩散函数（PSF），在散射层中的波失真可以表征只有相位的光学传递函数（OTF，傅里叶变换的PSF），衍射极限图像可以解析求解。然后，我们开发了一种方法，利用冗余信息的动态对象，并可以可靠和快速恢复OTF的相位在几个迭代。它不仅可以对隐藏在混浊介质中的运动物体进行25 ~ 200 Hz的无创视频成像，而且可以在弱照明下成像，这是以前的方法无法实现的。此外，通过扫描物平面上的局部照明，我们提出了一种宽场成像方法，与此同时，我们展示了一个应用程序，其中隐藏在四层不透明聚乙烯薄膜后面的光致发光样品与修改后的多光子激发显微镜设置成像。
2018-10-16 physics.optics
A holistic multimodal approach to the non-invasive analysis of watercolour paintings
一个整体的方法，使用非侵入性的多模态成像和光谱技术来研究材料（颜料，绘画材料和纸张）和水彩画的绘画技巧。非侵入性成像和光谱技术包括VIS-NIR反射光谱和多光谱成像、显微拉曼光谱、X射线荧光光谱（XRF）和光学相干断层扫描（OCT）。这三种光谱技术在色素鉴定中互为补充。多光谱成像（近红外波段）、OCT和显微拉曼在绘图材料的可视化和识别方面相互补充。OCT可探测基材的微观结构和光散射特性，而XRF可检测元素组成，从而确定施胶方法和填料含量。本研究采用多种技术对维多利亚和阿尔伯特博物馆（V&A）和皇家园艺学会（RHS）收藏的46幅19世纪中国出口水彩画进行分析，以探讨非侵入性分析技术在多大程度上相互补充，以及可以提取多少有用的信息来解决艺术保护和历史问题。一种微褪色光谱的微破坏性技术被用来评估绘画对光暴露的脆弱性。
2015-08-10 physics.optics
Reactive near-field subwavelength microwave imaging with a non-invasive Rydberg probe
State Key Laboratory of Quantum Optics Technologies and Devices, Institute of Laser Spectroscopy（量子光学技术与器件国家重点实验室激光光谱研究所）；Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University（极端光学协同创新中心山西大学）
利用Rydberg原子的非破坏性性质，实现非侵入性的微波场子波长近场成像，提升空间分辨率和诊断应用精度。
2025-12-22 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Non-invasive focusing and imaging in scattering media with a fluorescence-based transmission matrix
在生物显微镜中，光散射是深度成像的主要限制。近年来，为了在强无序材料中操纵相干光，发展了一套波前整形技术。传输矩阵方法已经显示出其能够逆转散射的影响并有效地聚焦光。在实践中，矩阵通常使用侵入式探测器或低分辨率声导星进行测量。在这里，我们介绍了一种非侵入性的和全光学的策略，基于线性荧光重建的传输矩阵，并从一个荧光物体内放置的散射介质。它包括使用低秩分解和相位恢复算法对物体发出的非相干图案进行解混。我们通过实验证明了这种方法的有效性，通过强大的和选择性的聚焦。此外，从相同的测量，可以利用记忆效应相关性来成像和重建扩展对象。这种方法开辟了一条新的途径，在散射介质中成像与线性或非线性的对比机制。
2020-03-09 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Deep brain fluorescence imaging with minimally invasive ultra-thin optical fibers
神经科学中的一个主要的开放性挑战是能够在大脑中任何地方以细胞分辨率测量和干扰来自明确定义的神经亚群的体内神经活动。然而，由于散射和吸收的限制，无法对深部（> 2 mm）结构进行非侵入性（表面）多光子方法，而梯度折射率（GRIN）内窥镜较厚，在插入时会造成严重损坏。在这里，我们展示了一种新型的显微内窥镜，通过一个多模光纤（MMF）探头，比市售的显微内窥镜薄5- 10倍，在任意深度的神经活动图像。我们展示了微米级分辨率，多光谱和体积成像。与以前的方法相比，我们表明，这种方法具有改善的采集速度，足以捕捉快速的神经元动力学在啮齿动物体内表达的遗传编码的钙指标。我们的研究结果强调了这项技术在神经科学应用中的潜力，并为以前无法到达的大脑区域的细胞分辨率成像开辟了可能性。
2017-11-09 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Low Photon Number Non-Invasive Imaging Through Time-Varying Diffusers
University of Warsaw（华沙大学）；École normale supérieure (ENS)– Université Paris Sciences & Lettres (PSL)（巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学）
本研究提出了一种非侵入式成像方法，通过时间变化的散射层实现低光子数下的稳健图像重建，适用于显微镜、激光雷达和内窥镜等多种应用。
2026-07-30 physics.bio-ph physics.optics quant-ph
Hyperspectral Dual-Comb Compressive Imaging for Minimally-Invasive Video-Rate Endomicroscopy
NTT Research, Inc.（NTT研究所）；University of California Irvine（加州大学尔湾分校）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本研究提出了一种基于双梳干涉和压缩鬼成像的超分辨率成像技术，实现百微米尺度的视频率内窥镜成像，显著提升了成像速度和精度，为微创医疗提供了低成本、高分辨率的解决方案。
2025-07-05 physics.optics
Physics-based neural network for non-invasive control of coherent light in scattering media
通过复杂介质（例如生物组织或雾）的光学成像由于光散射而具有挑战性。在多次散射机制中，波前整形提供了一种有效的方法来检索信息;它依赖于测量不同光学波前的传播如何受到散射的影响。基于这一原理，几种波前整形技术被成功开发，但它们中的大多数是高度侵入性的，并且仅限于原理验证实验。在这里，我们建议使用神经网络方法来非侵入性地表征和控制介质内的光散射，并检索隐藏在其中的物体的信息。与最近提出的大多数方法不同，我们的神经网络的结构及其层，连接节点和激活函数具有真正的物理意义，因为它模仿了光在我们的光学系统中的传播。它使用实验测量的输入/输出数据集进行训练，该数据集由一系列入射光模式和相应的相机快照构建。我们将我们的基于物理的神经网络应用于epi配置的荧光显微镜，并通过数值模拟和实验证明其性能。这种灵活的方法可以包括物理先验，我们表明，它可以应用于其他系统，例如，非线性或相干对比机制。
2022-06-01 eess.IV physics.optics
High-quality metalens enables minimally invasive CFB endoscopy
本文提出一种焦距1毫米、深度学习辅助的超透镜，结合相干光纤束实现迄今侵入性最小的内窥镜系统，通过补偿刻蚀工艺提高相位精度，实现48.3°视场和超125毫米景深，为超微创成像开辟新路径。
2025-07-09 physics.optics
Polarization-Resolved Chlorophyll Imaging for Non-Invasive Plant Tissue Assessment Using a Silicon-Rich Nitride Metalens Array
针对偏振敏感成像系统体积大的问题，提出紧凑的富硅氮化硅超透镜阵列，集成正交敏感超透镜同时捕获X/Y线偏振图像，实现植物组织高分辨率偏振分辨成像，为传统系统提供可扩展替代方案，在农业等领域有早期诊断潜力。
2025-08-19 physics.bio-ph physics.optics
Imaging through scattering media by exploiting the optical memory effect: a tutorial
本教程介绍如何利用光的多重散射相关性知识，实现通过强散射层的非侵入式成像，并重点讲解实验运行的实际细节。
2024-04-22 physics.optics
Non-invasive super-resolution imaging through scattering media using highly nonlinear labels
University of Warsaw（华沙大学）；Institute of Low Temperature and Structure Research, Polish Academy of Sciences（波兰科学院低温结构研究所）
该研究提出散斑激发非线性成像技术，结合散射光特性与高度非线性光学响应，实现穿透强散射不透明层的非侵入式超分辨率成像，无需复杂装置与算法。
2026-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph physics.med-ph
Imaging through scattering media via spatial-temporal encoded pattern illumination
通过散射介质的光学成像是一个长期的挑战。虽然已经开发了许多方法来通过散射介质聚焦光或成像对象，但它们要么是侵入性的，仅限于静止或缓慢移动的介质，要么需要高分辨率相机和复杂的算法来检索图像。在这里，我们介绍了一种计算成像技术，可以克服这些限制，利用时空编码模式（STEP）。我们提出了非侵入性成像通过散射介质与单像素光电探测器。我们表明，该方法是不敏感的媒体的运动。我们进一步证明，我们的图像重建算法比基于相关性的单像素成像算法更有效，这可能允许在目前无法达到的情况下快速成像。
2021-12-26 eess.IV physics.optics
Noninvasive super-resolution imaging through scattering media
具有先进光学系统的超分辨率成像已经彻底改变了从生物科学到物理科学的各个领域的技术分析。然而，许多物体被强烈散射的介质所隐藏，例如粗糙的墙角或生物组织，这些介质会扰乱光路，产生散斑图案并阻碍物体的可视化，更不用说超分辨率成像了。本文基于随机光散射定位成像技术，实现了一种通过散射介质的非侵入超分辨成像方法。在我们的演示中，简单地通过捕获光可切换发射器的多个散斑图案，随机方法利用散射介质的散斑相关特性来检索与衍射极限相比具有超过五倍分辨率增强的图像，同时在实现更高的空间分辨率方面没有根本限制。更重要的是，我们证明了我们的SOSLI不仅可以通过光学扩散器（即静态散射介质）进行非侵入性超分辨率成像，而且可以通过生物组织（即动态散射介质）进行非侵入性超分辨率成像，去相关高达80%。我们的方法为以前所未有的细节水平非侵入性地可视化散射介质后面的各种样品铺平了道路。
2019-07-24 eess.IV eess.SP physics.optics
Tracking and imaging of dynamic objects in scattering media by time-reversed adapted-perturbation (TRAP) optical focusing
由于其潜在的广泛应用，在散射介质内引导光传播的能力长期以来一直受到追捧。为了在散射介质中形成光学焦点，唯一可行的策略是通过使用植入或虚拟引导星来引导光子。然而，所有这些导航星都必须通过侵入或物理接触的方式在外部引入，这限制了它们的应用范围。在这里，我们通过采用内在动力学作为引导星来聚焦散射介质内的光。通过自适应地对散射光的扰动分量进行时间反转，我们将光集中到扰动的原点，在那里介电常数自发地变化。我们展示了动态光聚焦到移动目标和成像的时变物体被高度散射的介质，没有侵入性和物理接触。预期的应用包括与飞机或卫星的全天候光学通信，在浓雾中跟踪车辆，以及肿瘤中血管生成血管的成像和光消融。
2014-04-29 physics.optics
Speckle-correlation imaging through a kaleidoscopic multimode fiber
本研究利用方芯多模光纤的万花筒式记忆效应，通过平移输入散斑图案并测量荧光强度，在无光纤先验知识下重建图像，为柔性微创内窥镜的开发提供了新策略。
2023-06-26 physics.optics
Ultrathin, high-speed, all-optical photoacoustic endomicroscopy probe for guiding minimally invasive surgery
光声（PA）内窥镜在临床诊断和手术指导方面显示出巨大的潜力。多模光纤（Multimode Fibers，MMF）由于其体积小、成本低、波前整形技术可实现衍射受限的空间分辨率等优点，在微型内窥镜探头的开发中越来越受到人们的关注。然而，目前基于MMF的PA显微内镜探头要么受到笨重的超声检测器的限制，要么受到成像速度低的限制，这阻碍了它们的可用性。在这项工作中，我们报告了一种高度膨胀和高速PA显微内镜探头的开发，该探头集成在20号医用针头的套管内。该探头包括用于传递PA激发光的MMF和具有用于超声检测的平凹微谐振器的单模光纤。使用数字化激光器装置进行波前整形，能够对MMF远端的聚焦光斑进行快速光栅扫描，以进行组织询问。使用针探头以每秒约3帧的速度实现了覆盖直径为100微米的区域的小鼠红细胞的高分辨率PA成像。在纤维表征之后，通过平移针探针以实时放大视场来进行镶嵌成像。所开发的ECONOPA显微内镜探针通过实时提供组织的功能、分子和显微结构信息，有希望用于指导微创手术。
2022-05-06 eess.IV physics.med-ph physics.optics
Cloaked near-field probe for non-invasive near-field optical microscopy
近场扫描光学显微镜是一种在衍射极限以下成像的强大技术，已广泛应用于生物医学成像和纳米光子学。然而，当被测量的电磁场被强烈地限制时，它们可以被近场探针本身的存在严重扰动。在这里，从散射抵消隐身斗篷，惠更斯-克尔散射体，和隐形传感器的灵感，我们设计和制造的近场探测器。我们表明，通过适当的纳米结构的探针，其电和磁的极化率可以控制和平衡。因此，探测器引起的扰动可以在很大程度上被抑制，有效地掩盖了近场探测器，而不妨碍其测量能力。我们通过比较传统和纳米结构探针与具有代表性的纳米光子结构，即一维光子晶体腔的相互作用，实验证明了隐身效果。我们的研究结果表明，通过设计探针的结构，可以系统地控制其对样品的共振场的反作用，并且在探针-样品距离为100 nm时，使用我们的大多数改进的探针可以将扰动减少>70%，并且对于最佳探针可以减少多达一个数量级。我们的工作为经典和量子纳米系统的非侵入近场光学显微镜铺平了道路。
2022-01-02 physics.optics
Quantitative phase imaging via a multimode fiber
本文提出并实验验证了一种基于多模光纤的非干涉、非迭代方法，实现高速高分辨率的无标记定量相位成像，为微创生命科学和生物成像应用开辟了新途径。
2024-07-05 physics.optics
Single-pixel transmission matrix recovery via 2-photon fluorescence
针对不透明材料深度成像难题，提出基于双光子荧光的非侵入式单像素传输矩阵恢复方法，可实现多导星单目标聚焦，且利用记忆效应假设能减少测量次数。
2023-05-05 physics.optics
Controlling light in scattering media noninvasively using the photo-acoustic transmission-matrix
光学波前整形已经成为一种强散射介质中操纵光的有力工具。它能够在传统显微镜技术无法实现的深度进行衍射限制聚焦和成像。然而，尽管迄今为止大多数波前整形工作都利用了直接接近目标或植入探针的方法，但挑战在于将其非侵入性地应用于复杂样品中。超声标记技术最近已被证明，但这些需要一个连续的逐点采集，成像应用的一个主要缺点。在这里，我们介绍了一种新的方法来非侵入性地测量散射介质内的光传输矩阵，利用光声效应。我们的方法允许第一次同时歧视，本地化，并选择性地将光聚焦在散射样品内的多个目标上，以及恢复和利用散射介质的特性。将传输矩阵的强大方法与光声成像的优点相结合，开辟了利用内源性光学对比度进行深层组织成像和光传输的途径。
2013-05-27 physics.optics
Non-invasive tracking of polarization rotation from speckle contrast measurement
提出了一种基于散斑衬度测量的方法，并证明了该方法可以跟踪散射层后光束的偏振旋转。它示出，与一个已知的线性偏振的参考散斑图案的帮助下，它是可能的跟踪后面的散射层的偏振旋转在一个非侵入性的方式，通过测量所得到的散斑图案的对比度。文中介绍了其工作原理和实验验证，并在某些情况下与理论结果进行了比较。该技术的性能进行了定量评估，通过确定散射层后面的偏振矢量旋转两种不同的情况下，即偏振旋转的半波片和不同浓度的糖溶液，实验结果和理论预测之间的良好匹配。在恢复结果的背景下，还讨论了像偏振矢量旋转和糖溶液浓度的测定的分辨率的问题。该技术在非侵入式传感和生物医学成像方面具有潜在的应用价值。
2018-11-30 physics.optics
In vivo optical imaging of physiological responses to photostimulation in human photoreceptors
视觉的分子和细胞过程的非侵入性功能成像预计将对研究和临床诊断产生巨大影响。虽然合适的内在光学信号（IOS）已被观察到离体和在体内固定的动物，它是迄今为止不可能获得令人信服的IOS在人体内的感光活性。在这里，我们观察到空间和时间上清晰地解决光感受器外节的光路长度的变化作为对活体人类的光刺激的响应。为了获得这些变化，我们评估了并行化和计算像差校正的光学相干断层扫描（OCT）系统的相位数据。光路长度变化的非侵入性检测显示了活体人类视网膜中单个视锥细胞的神经元感光活性，更重要的是，它为眼科和神经病学提供了新的诊断选择，并可能为人类视觉光转导提供新的见解。
2016-05-10 physics.med-ph physics.optics
Imaging human blood cells in vivo with oblique back-illumination capillaroscopy
我们提出了一种非侵入性的，无标记的方法成像血细胞流经人体毛细血管在体内使用斜背照明毛细血管镜检查（OBC）。绿光照明允许同时相位和吸收对比，增强区分红细胞和白细胞的能力。通过物镜的单面照明实现了200 Hz成像，具有紧密的照明检测分离和简化的设置。当照明轴从检测轴偏移约225 μ m时，相位对比度被优化，当成像80 μ m深的幻影和人舌腹侧时。我们展示了单个红细胞，白细胞亚细胞细节的高速成像，以及血小板流过人舌中的毛细血管和血管。放置在物镜上的定制气动盖可稳定视野，使单个毛细管的纵向成像长达7分钟。我们提出了高质量的图像与Fitzpatrick皮肤光型II，IV和VI的个人的血细胞，表明该技术是强大的高外周黑色素浓度。这种方法的信号质量、速度、简单性和鲁棒性强调了其在非侵入性血细胞计数方面的潜力。
2020-01-14 physics.bio-ph physics.optics
Assessing Sensitivity of Brain-to-Scalp Blood Flows in Laser Speckle Imaging by Occluding the Superficial Temporal Artery
本研究开发七通道散斑对比度光谱系统，通过阻断颞浅动脉分离头皮与脑血流信号，证实了系统对脑血流的敏感性并得出最佳探测配置。
2025-01-31 physics.ins-det physics.med-ph physics.optics
Learned end-to-end high-resolution lensless fiber imaging toward intraoperative real-time cancer diagnosis
显微内镜是临床实践中不可缺少的微创诊断。对于手术干预的光学锁孔监测，高分辨率光纤内窥镜成像被认为是非常有前途的，特别是与无标记成像技术相结合以实现体内诊断。然而，相干纤维束（CFB）固有的蜂窝状伪影降低了分辨率，限制了临床应用。我们提出了一种端到端的无透镜光纤成像方案，用于术中实时癌症诊断。该框架包括分辨率增强和分类网络，其使用单次激发纤维束图像来提供高分辨率图像和肿瘤诊断结果。经过良好训练的分辨率增强网络不仅可以恢复超出CFB物理限制的高分辨率特征，而且有助于提高肿瘤识别率。特别是对于胶质母细胞瘤，分辨率增强网络有助于将分类准确率从90.8%提高到95.6%。该新技术可以通过无透镜光纤内窥镜实现组织学实时成像，并有望用于临床快速微创术中诊断。
2022-02-28 eess.IV physics.med-ph physics.optics
Single-pixel imaging with Fourier filtering: application to vision through scattering media
我们提出了一种新的方法，通过散射介质相结合的傅立叶空间滤波和单像素成像的原则成像。我们比较我们的单像素成像设置与传统系统的性能。首先，我们表明，一个单像素的相机不减少的对象的频率内容，即使当一个小针孔被用作低通滤波器。其次，我们表明，傅立叶门的引入提高了通过散射介质在两个光学系统中的成像的对比度。我们的结论是，单像素成像更适合于通过傅立叶门控散射介质成像比传统的成像。
2018-10-08 physics.optics
Simultaneously improving multiple imaging parameters with scattering media
传统的光学成像系统通过消除像差可以提供具有复杂和昂贵的光学设计的高质量成像。利用光学记忆效应，首次提出了通过在成像系统中加入散射介质，不是单独改善单个成像参数，而是同时改善多个成像参数。以一个简单的单镜头成像系统为例，通过在镜头和摄像机之间放置散射介质，除了大大提高了景深外，还同时消除了球差、彗差和色差。结果表明，散射介质在光学成像、光学测量和生物医学等领域具有潜在的应用价值。
2021-02-02 physics.optics
Digital ultrasonically encoded (DUE) optical focusing into random media
将光聚焦到不透明的随机或散射介质（例如生物组织）中是生物医学应用（例如光动力疗法、光学操纵和光刺激）的一个非常受欢迎的目标。然而，与传统的透镜聚焦被限制到一个传输平均自由程在散射介质中，限制了光学穿透深度和分辨率。通过使用光学相位共轭或波前整形来补偿散射，可以更深地聚焦。对于实际应用，波前整形提供了对光学未对准不太敏感的鲁棒光学系统的优点。这里，使用相移阵列在空间上调整入射光的相位以预补偿散射。因此，挑战在于确定允许光被最佳地递送到目标区域的相位图案。优化算法通常用于此目的，其中可见粒子用作目标以生成反馈。然而，使用这些粒子是侵入性的，并且光传输仅限于固定点。在这里，我们展示了一种非侵入性和动态聚焦的方法，通过使用超声编码作为虚拟引导星反馈到优化算法。声焦点处的光强增加了一个数量级。该技术具有广泛的生物医学应用，例如光遗传学或药物的光活化。
2013-09-13 physics.optics
Guidestar-free image-guided wavefront-shaping
The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）
通过散射介质的光学成像是许多应用中的基本挑战。最近，通过使用波前整形方法，已经获得了实质性的突破，例如通过生物组织成像和观察拐角。然而，这些都需要一个植入的引导星，以确定波前校正，控制相干照明，最常见的光栅扫描的成形焦点。替代新的计算方法，利用散斑相关性，避免导星和波前控制，但仅限于小的二维物体内的记忆效应的相关性范围。在这里，我们提出了一个新的概念，图像引导波前整形，允许非侵入性的，guidestar-free，宽视场，非相干成像通过高度散射层，没有照明控制。最重要的是，波前校正发现，即使是大于记忆效应范围的对象，通过盲目优化图像质量指标。我们展示了通过高散射层和多芯光纤对扩展对象进行成像，为从显微镜到内窥镜的各种应用中的非侵入性成像铺平了道路。
2020-07-08 cs.CV eess.IV physics.optics
High Spatial and Temporal Resolution NIR-IIb Gastrointestinal Imaging in Mice
传统的生物医学成像方式，包括内窥镜检查、X射线和磁共振，是侵入性的，并且不能为胃肠道（GI）的常规成像提供足够的空间和时间分辨率以指导GI疾病的预后和治疗。在这里，我们报告了一种非侵入性的胃肠道光学成像方法。它是基于一种新型的镧系元素掺杂的荧光粉，具有980 nm的近红外（NIR）激发和1530 nm附近的第二近红外窗口（NIR-IIb）（1500~1700 nm）荧光发射。通过合理设计和控制合成高亮度的纳米晶，使其绝对量子产率（QY）达到48.6%。进一步受益于通过NIR-IIb窗口的最小化散射，与用于胃肠道成像的其他NIR-IIa（1000~1500 nm）对比剂相比，我们将空间分辨率提高了3倍。该方法还导致了每秒8帧的高时间分辨率，因此可以捕获1分钟内发生的小鼠肠道肿胀的瞬间。此外，与光片成像系统，我们展示了一个三维（3D）成像的立体结构的胃肠道。此外，我们成功地将这些进展转化为在小鼠结肠炎的临床前模型中诊断炎症性肠病（IBD）。
2022-02-12 physics.med-ph physics.optics
Imaging of non tumorous and tumorous human brain tissue with full-field optical coherence tomography
对18例患者的神经外科样本进行了前瞻性研究，以评价全视野光学相干断层扫描（FF-OCT）在脑肿瘤诊断中的应用。FF-OCT以1 \mum分辨率在3D中捕获组织样本的正面切片，典型成像深度为200 \mum。以单一深度扫描1cm 2试样，并在约5分钟内处理。这种快速成像过程是非侵入性的，并且既不需要造影剂注射也不需要组织制备，这使得它特别适合于医学成像应用。颞慢性癫痫实质和脑肿瘤，如脑膜瘤，低级别和高级别胶质瘤，脉络丛乳头状瘤成像。神经元、髓鞘纤维和CNS血管的亚群被清楚地鉴定。皮质可与白质区分开，但未观察到单个胶质细胞，如星形胶质细胞（正常或反应性）或少突胶质细胞。本研究首次报告了在术中神经外科临床环境中以实时方式使用FF-OCT作为无标记非侵入性成像技术评估肿瘤神经胶质和癫痫边缘的可行性。
2013-03-11 physics.med-ph physics.optics q-bio.TO
Non-invasive and noise-robust light focusing using confocal wavefront shaping
针对组织内源荧光信号微弱、反馈易受噪声影响的问题，本文提出照明与成像双臂共聚焦调制的波前整形方法，并推导调制评分函数，实现厚散射组织中 EGFP 标记神经元的高信噪比成像。
2024-01-21 physics.optics
Real Time Full-Color Imaging in a Meta-Optical Fiber Endoscope
内窥镜是微创手术发展的重要组成部分。它们的尺寸是最关键的方面之一，因为更小和刚性更低的内窥镜可以实现更高的灵活性，促进更大的可及性，并对周围组织产生更小的应力。在所有现有的内窥镜中，光学器件的尺寸对成像系统的小型化造成了主要限制。不仅制作小型光学器件很困难，而且它们的性能也会随着缩小而下降。元光学最近已经成为一个有前途的候选人，大大简化光学，同时实现类似的功能，显着减少的大小。在这里，我们报告了一个反向设计的元光学，它与相干光纤束相结合，使33%的刚性尖端长度比传统的梯度折射率（GRIN）透镜减少。我们使用超光学光纤内窥镜（MOFIE）来演示全可见光彩色的实时视频捕获，其空间分辨率主要受光纤本身的限制。我们的工作显示了超光学的集成和小型化的生物医学设备的微创手术的潜力。
2022-11-02 physics.med-ph physics.optics
Ghost imaging in scattering media
研究了热光在散射介质中的鬼像成像。首次从理论和实验上证明了在散射介质中，鬼像成像仍然可以获得高质量的图像。从理论上分析了热光直接照射目标时，散射对成像质量的影响，以及虚反射成像。并对其潜在的应用进行了讨论。
2008-12-14 physics.med-ph physics.optics
Enabling magnetic resonance imaging of hollow-core microstructured optical fibers via nanocomposite coating
光纤作为柔性内窥镜广泛用于生物成像系统中，其能够低侵入性地穿透中空组织腔内。在这里，我们报告的技术，使磁共振成像（MRI）的空心微结构纤维（HC-MFs），铺平了道路，结合MRI和光学生物成像。我们的方法是基于带相反电荷的聚电解质和磁铁矿纳米粒子的HC-MF的内核表面上的逐层组装。将磁铁矿纳米颗粒掺入到磁共振层中使得HC-MF对于MRI可见，并引起其透射光谱的红移。具体而言，已经揭示了多层复合涂层的透射偏移高达60 nm，以及在MRI扫描中HC-MF的高质量对比度。我们的研究结果揭示了将基于纤维的内窥镜与MRI结合，为微创临床诊断和体内外科手术开辟了新的可能性。
2019-03-08 physics.app-ph physics.med-ph physics.optics
Acoustic cloaking and imaging using complementary media
Yun lai等[PRL 102，093901]基于互补介质的概念提出了一种在壳体外实现目标隐身的方案，我们将其推广到声波中，并数值演示了如何利用互补介质实现声隐身和成像。
2009-05-21 physics.class-ph physics.optics
Looking through walls and around corners with incoherent light: Wide-field real-time imaging through scattering media
通过高散射介质以光学分辨率成像是长期追求的目标，在深部组织成像中具有重要应用。虽然这是许多作品的焦点，但直到最近，这个目标才被认为是不切实际的。自适应光学技术，这是有效的校正弱波前像差，被认为是不够的混浊样本，其中复杂的散斑图案出现和光被散射到大量的模式，大大超过了控制的度数。这一概念在使用空间光调制器（SLM）通过波前整形聚焦穿过混浊介质的相干光的演示之后发生了变化。在这里，我们表明，波前整形使宽视场实时成像通过散射介质与相干或非相干照明，在传输和反射。与最近推出的通过混浊介质成像的方案相比，我们的技术不需要相干源、干涉检测、光栅扫描或离线图像重建。我们的研究结果使波前整形更接近实际应用，并实现了“穿墙”和“绕角”的愿景。
2012-02-09 physics.optics
Full-wave simulations of tomographic optical imaging inside scattering media
针对散射介质内部成像缺乏真实结构难以评估的问题，本文提出全波模拟方法，提供真实结构并便于比较多种成像方案，可识别伪影并建立统一标准。
2023-12-28 physics.optics
Super-resolution imaging through a multimode fiber: the physical upsampling of speckle-driven
本文发现多模光纤中散斑形成的干涉过程可实现物理上采样，补充数据驱动深度学习方法的信息不足，从而在保持大放大倍数下提升超分辨率成像重建质量，为微创手术内窥镜发展提供指导。
2023-07-11 eess.IV physics.med-ph physics.optics
Tracking moving objects through scattering media via speckle correlations
散射可以迅速降低我们形成光学图像的能力，以至于只能测量斑点状图案。通过强散射障碍物进行真正的非侵入性成像是困难的，并且通常依赖于计算密集的数值重建。在这项工作中，我们表明，通过结合在不同的时间测量的散斑图案的互相关，它可以跟踪一个移动的物体，以最小的计算工作量，并在一个大的视野。
2022-02-22 eess.IV physics.optics
Manipulating the transmission matrix of scattering media for nonlinear imaging beyond the memory effect
散射介质的透射矩阵（TM）的测量对于成像是非常感兴趣的。它可以通过使用内部参考波前的干涉测量法直接获得。不幸的是，内部参考场被介质散射，这导致散斑，使得TM测量在输出视场上不均匀。我们演示了如何使用TM的固有特性来校正这种效应。对于薄散射介质，我们利用介质的记忆效应和参考散斑来创建校正的TM。对于高散射介质的记忆效应可以忽略不计，我们使用互补的参考散斑组成一个新的TM，不妥协的散斑参考了。利用这种校正，我们证明了大视场的二次谐波产生成像通过厚的生物介质。
2019-04-24 physics.optics
Detection of the tagged or untagged photons in acousto-optic imaging of thick highly scattering media by photorefractive adaptive holography
我们提出了一个原始的自适应波前全息设置的基础上的光折变效应（PR），使厚散射介质中的声光信号的实时测量，以高速率的高通量收集乳腺肿瘤检测。我们在这里描述我们目前的最新技术水平和对声光信号PR检测乳腺成像问题的理解。
2009-01-21 physics.optics
Intensity-Correlation Synthetic Wavelength Imaging in Dynamic Scattering Media
针对动态散射介质成像因散斑退相关导致常规方法失效的挑战，提出基于二阶相关和合成波长全息的成像方法，利用短曝光强度图像在无相位稳定性要求下实现高分辨率重建，对复杂环境生物医学成像具有重要意义。
2025-10-31 physics.optics
