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研究人員通過LED照明來提高彩色顯微成像效率

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研究人員通過LED照明來提高彩色顯微成像效率

來源:中國科學院西安光學精密機械研究所


       由于生物細胞通常是無色透明的,它對光沒有太大的吸收,導致它在傳統光學顯微鏡下的對比度非常低,但是由于它內部結構存在差異導致它的折射率分布是不均勻的,從而光在經過細胞不同位置時存在光程差異,這部分信息稱為相位信息。
  
  由于當前的傳統相機只能記錄強度信息,相位信息不可避免地丟失掉了。反過來,得益于相位(深度)信息的缺失,在宏觀上我們也可以利用這一性質實現手捧太陽等效果,術語稱為“透視攝影”。
  
  對于無色透明生物細胞,可以想到,最為直接的觀察方法是對樣品進行染色,形成足夠大的對比度或產生不同的光譜,從而達到成像目的,包括使用化學染料或者熒光標記。譬如在中學時,我們都在顯微鏡下觀察過洋蔥表皮細胞,就是使用的品紅染料。
  
  什么要用LED照明,大家都知道LED比較節能。但實際上LED還有一個很好的效果,它能夠通過幾個簡單的基色就能將顏色混得更為豐富,創造出五彩繽紛的世界。
  
  近日,中國科學院西安光學精密機械研究所馬彩文研究員、姚保利研究員、潘安副研究員團隊就提出一種用LED照明的基于彩色傳遞的快速全彩色顯微成像方法,簡稱CFPM,使得彩色化效率相比于傳統方法實現飛躍。7月27日,該成果以封面文章在線刊發于SCIENCECHINAPhysis,Mechanics&Astronomy2021年第11期。
  
  我們都知道,有很多經典的老照片,受限于過去的技術,只能以黑白的形式傳世。盡管黑白照片別有一番風味,但是彩色照片有時候能給人更強的代入感。這種給照片添加不同濾鏡上色的方法,術語稱為顏色匹配。所謂顏色匹配,就是將施主圖像的色調信息傳遞到受主圖像上,使得受主圖像擁有與施主圖像相同的“顏色風格”,進而也能使平常人“畫”出梵高風格的畫。
  
  受這一思路啟發,彩色傳遞思想的獨特之處則是將原先R/G/B三通道變為兩通道模式——黑白亮度圖像和彩色紋理信息,將原先三通道里亮度(灰度)信息與彩色紋理信息相分離,通過用LED照明獲取低分辨率彩色圖像,并將其彩色信息傳遞到高分辨率黑白(灰度)的受主圖像上,使得受主圖像同時擁有高分辨率和彩色紋理。
  
  彩色傳遞思想。(a)顏色匹配:傳遞色調信息;(b)彩色傳遞:傳遞彩色紋理信息。
  
  談及未來的應用,論文作者表示:“通過把光學顯微鏡低分辨率的真彩色紋理信息傳遞給電子顯微鏡,該方法也啟示我們可以為電鏡的黑白圖像染上真彩色”。
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