荧光显微样本3D重建关键技术研究

医学，生命科学，生物学等世界前沿科学研究领域，迫切需要以3D形式展现显微样本的结构细节，用新的视角和理念重新认识和分析人类正在努力探索的微观世界，这无疑对传统2D形式的显微光学成像系统提出了严峻的挑战。本项目针对荧光显微图像理解，图像去噪，图像3D重建三个关键问题展开研究。在深入分析传统光学成像系统的成像机理，成像过程，成像模型和退化因素的同时，认真研究光场、压缩感知和反卷积等基础理论，确定荧光显微样本密集2D截面图像栈(微观光场)的有效采集方案，研究准确、鲁棒、高效的图像预处理以及3D重建方法，最终构建荧光显微样本3D重建原型演示系统，用于显微样本观察与分析，辅助研究人员获得正确的科学结论。本项目具有前瞻性和挑战性，力图在理论上取得进展，在关键技术上获得突破，其研究成果可用于显微样本科学研究，以及工业电子，纳米技术等新兴技术领域中，具有重要的科学意义和实用价值。

医学，生命科学，生物学等世界前沿科学研究领域，迫切需要以3D形式展现显微样本的结构细节，用新的视角和理念重新认识和分析人类正在努力探索的微观世界，这无疑对传统2D形式的显微光学成像系统提出了严峻的挑战。本项目针对荧光显微图像理解，图像去噪，图像3D重建三个关键问题展开研究。项目组负责人及其成员在深入分析传统光学成像系统的成像机理，成像过程，成像模型和退化因素的同时，认真研究光场、压缩感知和反卷积等基础理论，提出了准确、鲁棒、高效的图像预处理以及2D图像复原和3D图像栈重建方法，具体包括基于四阶偏微分方程和对比度增强的荧光显微图像去噪方法，基于方向四阶偏微分方程的荧光显微图像去噪方法，基于稀疏表示的荧光显微图像复原方法，基于不同阶导数的荧光显微图像3D重建方法等，最终构建了荧光显微样本3D重建原型演示系统，用于显微样本观察与分析，辅助研究人员获得正确的科学结论。在本项目的大力支持下，项目负责人及其成员在科学出版社出版学术专著2部，在国内外权威期刊与会议发表论文17篇，其中SCI收录5篇，EI收录9篇，申请国家发明专利6项，其中授权3项，授权软件著作权1项。本项目研究成果可用于显微样本科学研究，以及工业电子，纳米技术等新兴技术领域中，具有重要的科学意义和实用价值。