本報訊 （記者 孫亞婷）近日，記者獲悉：西安光機所聯(lián)合加拿大國立科學(xué)研究院和西北大學(xué)，在壓縮高速成像領(lǐng)域取得重要進展。研究團隊提出“多先驗物理增強神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”成像框架，并構(gòu)建了基于雙光路同步采集與多先驗物理增強深度學(xué)習(xí)融合的壓縮高速成像系統(tǒng)，實現(xiàn)了在極短時間內(nèi)的高保真動態(tài)成像。

傳統(tǒng)的超高速成像，就像在極暗的環(huán)境中捕捉一閃而過的閃電。相機需要在極短的時間內(nèi)獲取足夠的光信號，但往往得到的圖像不是模糊，就是出現(xiàn)各種偽影和畸變。

為此，西安光機所姚保利研究團隊想到一個巧妙的思路：給AI同時戴上多副“專業(yè)眼鏡”，讓其從不同角度“理解”超快動態(tài)過程。

“我們提出的‘多先驗物理增強神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)’成像框架，不同于一般深度學(xué)習(xí)依賴海量數(shù)據(jù)，而是將光致發(fā)光的物理規(guī)律、時間采樣信息、圖像本身的稀疏特性以及深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)先驗等，深度融入一個無需預(yù)訓(xùn)練的模型中。”西安光機所研究員柏晨解釋，“就像破案時綜合目擊者描述、物證、現(xiàn)場痕跡等多方信息，通過多重互補線索的相互印證與修正，顯著抑制偽影，矯正形變，最終在低光子條件下，依然能重建出非常真實清晰的時間序列圖像。”

光有算法還不夠，團隊還設(shè)計了一套精巧的硬件系統(tǒng)來“打好配合”。采用脈沖激光激發(fā)被觀測物，并用一個數(shù)字微鏡器件快速投射隨機圖案進行空間編碼。

實驗表明，新方法在每秒3.3萬幀的超高拍攝速度下，空間分辨率達到了傳統(tǒng)主流方法的3.56倍，圖像銳度和保真度提升約1.85倍，信噪比也平均提高約4dB。這意味著成像的清晰度、真實度和穩(wěn)定性都大幅提高。

柏晨介紹，該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。他們將其用于食品安全檢測領(lǐng)域，借助特殊的納米熒光探針，成功在酒精溶液中以微秒級精度無損測出了合成色素“莧菜紅”，為快速、精準地檢測分析樣品中含量極低的物質(zhì)開辟了新途徑。

據(jù)悉，該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等項目支持，相關(guān)研究成果發(fā)表于超快科學(xué)領(lǐng)域的新興高影響力期刊《超快科學(xué)》。