【学术安医】我校周金华教授团队在计算光学显微成像领域取得重要进展

近日，我校生物医学工程学院周金华教授团队联合2019届校友张书赫博士，在计算光学显微成像领域取得重要进展，题为《小波家族前向模型实现无拼接的全视场傅里叶叠层显微成像术(Wavelet-forward family enabling stitching-free full-field Fourier ptychographic microscopy)》的研究论文，发表在光学领域顶级期刊《激光与光子学评论(Laser & Photonics Reviews)》(中科院一区TOP, IF=9.8)。学院2022级硕士研究生吴昊为论文第一作者，张书赫、周金华为论文共同通讯作者。我校为第一作者单位和最后通讯单位。

傅里叶叠层显微成像术（Fourier Ptychographic Microscopy, FPM）是一种结合编码照明与光学合成孔径的计算成像技术，可实现宽视场、大景深和高分辨率的高空间带宽积显微成像。这项技术在数字病理学中有望实现无需扫描拼接的全划片高分辨率、大视场的复振幅成像。然而FPM技术在应用过程中，仍面临如违背理想模型的渐晕效应、LED固有的位置偏差与不均匀强度浮动等严重影响图像重构质量的诸多挑战。传统的FPM依赖于傅立叶光学简化的4f成像系统模型，其模型无法准确解释真实世界中光波在成像系统中的衍射现象，导致依赖物理建模的方式无法解决真实世界下复杂的光波衍射问题。为了解决这些挑战，需要突破现有FPM物理模型的限制，从信息论角度出发重新设计FPM的成像过程与计算框架。

周金华教授团队提出了一种基于小波变换的FPM光学成像模型，名为“WL-FPM”。该模型在传统4f成像模型的基础上引入多尺度小波变换，以提取图像多尺度特征；采用RMSprop优化器，能够实现高保真的振幅和相位图像的迭代重建。WL-FPM的设计使其能够灵活处理诸如LED位置失配、LED强度波动、噪声和渐晕效应等系统误差问题。此外，通过选择合适的小波基，模型显著提升了图像的局部特征和细节捕捉能力。此项研究提出了一个通用型FPM系统框架，在无需增加光学系统的复杂性或修改光学成像系统参数的情况下，成功解决了传统FPM在大尺度像差的校正、渐晕效应、大规模LED位置失配以及多种系统噪声条件下的重建问题。

WL-FPM作为一种创新的通用型系统框架，不仅在生物医学成像中具有广泛的应用潜力，还可扩展至遥感、模式识别和波前整形等领域。该研究为人们开发傅里叶叠层显微镜以及为实现数字病理等生物医学应用提供了坚实基础。

研究获得安徽省重点研发计划和安徽省转化医学研究院科研基金等项目的支持。（生物医学工程学院）

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202401183