Smart Computational Imaging (SCI) Lab
智能计算成像实验室
讲授人：左超 教授
课程简介：“百闻不如一见”，光学成像是人类感知客观世界最重要、也是最直接的信息获取方式。但我们通常所说的光，是指可见光，波长在380 nm～780 nm之间，它只是整个电磁波谱中十分有限的一部分。我们所能看见的，也只是它的振幅。实际上，除了振幅，光还有相位、偏振、相干性等很多维度的参量，它们都是可以被用作于对物体成像或是测量的重要信息载体。“计算光学成像”通过对多维光场信号进行精确数学表征，并将前端光学调控与后端信息处理有机结合，为突破传统成像技术的限制提供了新思路。那么， 光场的“相位”及其在计算光学成像中的典型应用有哪些？计算光学相位成像进展如何？未来发展方向如何？
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360eol考研喵 | 南京理工大学2023年研究生招生线上宣讲会—光学工程专业
讲授人：左超 教授
课程简介：南京理工大学“光学工程”学科是我国光学工程领域首批博士点学科之一，是在1953年成立的中国人民解放军军事工程学院炮兵指挥仪专业的基础上发展起来的。1986年被批准为博士点，1998年批准设立博士后流动站和“长江学者”奖励计划，2002年起先后被评为江苏省、国防科工委、工业和信息化部重点学科以及江苏省优势学科，2007年被评为国家重点一级学科。第五轮教育部学科评估光学工程进入A类学科，2022软科中国最好学科排名光学工程名列全国排名第六。
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iCANX | High-speed 3D imaging and metrology
讲授人：左超 教授
课程简介：本报告会向大家展示深度学习与光学测量的结合将如何为结构光三维成像这一“传统”领域带来新的“生机”。相比较传统方法，深度学习在条纹分析、相位展开、高速测量等方面展现出令人惊叹的性能以及强大的应用潜力。在此基础上，我们发展出一系列基于深度学习的“单帧”高精度无歧义结构光三维成像技术，有望填补3D成像和2D传感之间的速度“鸿沟”，为高速瞬态物体的高精度三维成像开辟新途径。
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中国激光杂志社 | 计算光学相位成像—宽视场高分辨定量相位显微
讲授人：左超 教授
课程简介：本报告将汇报课题组在“高通量（High throughput）定量相位显微”方面近期所取得的一些研究进展，主要包括：基于轴向离焦的光强传输混合明暗场定量相位成像技术、基于非对称照明的傅里叶叠层显微成像与衍射层析技术、基于波长扫描的无透镜片上成像技术等。上述计算光学相位成像技术的特点是无需借助于相干照明与干涉测量，仅用强度测量来反演大视场、高分辨定量相位与折射率信息，为实现宽视场高分辨显微成像提供了新思路。
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讲授人：左超教授、Hee Kyung Ahn教授、Maciej Trusiak教授
课程简介：本报告中，南京理工大学左超教授、韩国标准科学研究院Hee Kyung Ahn教授、华沙理工大学Maciej Trusiak教授三位嘉宾老师将围绕“计算光学成像与测量”主题进行分享，主持人为北京大学Peng Xi。三位教授分享的题目分别为“Computational phase imaging for label-free 3D microscopy：noninterferometic phase retrieval and intensity diffraction tomography”、“The Potential of Reflective FPM as an Industrial Inspection Tool”、“Lensless digital holographic microscopy for high-throughput computational bioimaging”。
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Advanced Photonics | 刷新定量相位成像的空间带宽积——明暗场混合光强传输
讲授人：卢林芃
课程简介：来自南京理工大学智能计算成像实验室与香港大学的研究人员提出了一种全新、无需标记且具有较高通量的明暗场混合光强传输技术（HBDTI）。通过建立明暗场光强传输正向成像模型，HBDTI可结合暗场照明下的样品信息以获取远大于物镜数值孔径（NA）所允许的细节特征，首次引入大角度暗场照明，可获得超越非相干衍射极限的空间成像分辨率，有望为医学诊疗、细胞培育以及微生物研究等领域，提供一双探微究因的“慧眼”。
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PhotoniX | 自适应光学定量相位成像——基于环形照明傅里叶叠层显微成像的实现
讲授人：束业峰
课程简介：定量相位成像在生物医学领域具有广泛的应用前景，这项技术利用相位作为一种内源性染料进行无标记成像，无需对透明细胞进行任何标记就可以对细胞的生命活动进行观测。在本篇论文中，作者首次在针对活细胞的实时相位成像中引入了一种自适应光学方法（AO-QPI），用于动态校正长时间成像过程中系统不稳定所导致的时变像差。基于AO-QPI，我们实现了对未染色HeLa细胞长达51小时的稳定高质量成像，其间始终保持了衍射受限的成像分辨率。该方法不需要在成像系统中引入额外自适应光学硬件，仅需要拍摄少量LED照明下的光强图就可以实现，为实现长时程高鲁棒的连续活细胞成像提供了一套简便易行的解决方案。
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第七届互联网+ | 光影感知-快速三维传感技术助推第四次工业革命
讲授人：钱佳铭
课程简介：工业革命使人类从原始手工劳动步入智能化时代。如今，正迎来以人工智能为主导的第四次工业革命，想要赋予机器人更多“人”的特质，首先要打开它们的双眼。光学三维传感器作为机器人的眼睛，是一切制造自动化、智能化、再创造化的新起点。但现阶段技术无法同时兼顾高速度与高精度，我国高端产品也长期受德美等发达国家“卡脖子”。历经五年，光影感知团队攻克三维传感无法同时兼顾高精度与高速度的国际难题，研制出国际首创实时高精度全方位三维扫描与检测仪，助力中国制造2025！
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第五届互联网+ | CyteLive-新一代无透镜全息显微镜
讲授人：卢林芃
课程简介：经过五年的努力，全息光影团队成功攻克了光学显微成像中无法同时兼顾无标记、大视场、高分辨、结构紧凑和成本低廉等国际难题，研制出了国际首创CyteLive新一代无透镜全息显微镜。该显微镜摒弃了传统的透镜设计和机械调焦装置，采用超分辨、无透镜和定量相位成像技术，为细胞原位观测提供了全新的解决方案。这一突破填补了我国在"精密光学加工"和"高精度机械控制"方面的短板，满足了细胞研究所需的高通量、无标记和智能化等要求。从机械化、自动化到信息化和智能化，是显微镜发展的大势所趋，也是历史的必然。
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第十三届研电赛总决赛 | Cellmonitor培养箱活细胞动态三维显微系统
讲授人：丁君义
课程简介：针对传统显微成像依赖染色标记手段难以实现对活细胞长时程动态观测、无法实现三维定量检测、功能单一价格昂贵等问题，我们研制出了Cellmonitor培养箱活细胞动态三维显微系统。该显微系统具有以下三大功能：1. 国内首创的活细胞动态三维观测功能，体积仅为常规显微镜的1/5，可内置于细胞培养箱；2. 在不对样本进行任何染色处理的前提下实现多种成像模式，满足各种显微成像需求；3. 自动化分析功能实现生物研究智能化。Cellmonitor培养箱活细胞动态三维显微系统能够为细胞研究、生物制药、临床诊断等领域提供强有力的支持，助力精密显微仪器国产化！
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Advanced Photonics Nexus | Fringe-pattern analysis with ensemble deep learning
讲授人：冯世杰 副教授
课程简介：本项研究提出了一种基于集成深度学习的全新条纹图案分析方法。该方法可以综合利用多个先进深度神经网络的集体贡献，自动融合生成理想的相位预测结果。由于不同的网络具有不同的结构特点，这有利于通过训练提取输入数据不同方面的特征。借助这些模型的“集体智慧”，即融合这些不同属性的特征，可消除单一神经网络模型的隐含方差，进而大大提高集体预测的性能。
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Advanced Photonics | 明暗场混合光强传输，刷新宽视场成像效率
讲授人：卢林芃
课程简介：科学与美学的完美结合，作者亲自手绘制作论文解说视频。且看南京理工大学智能计算成像实验室与香港大学的研究人员如何为医学诊疗、细胞培育以及微生物研究等领域，提供一双探微究因的“慧眼”。
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南京理工大学 | 大国重器 南京理工大学点亮未来的“理” 系列科普讲座第一场
讲授人：左超 教授
课程简介：计算光学成像是一种通过联合优化光学系统和信号处理以实现特定成像功能与特性的新兴研究领域。这种新型的成像方式将有望突破传统光学成像技术对光学系统以及探测器制造工艺、工作条件、功耗成本等因素的限制，使其在功能、性能、可靠性、可维护性等方面获得显著提高。现阶段，计算光学成像已发展为一门集几何光学、信息光学、计算光学、现代信号处理等理论于一体的新兴交叉技术研究领域，成为光学成像领域的国际研究重点和热点，代表了先进光学成像技术的未来发展方向。本节讲座概括性地综述了计算光学成像领域的历史沿革、发展现状、并展望其未来发展方向与所依赖的核心赋能技术，以求抛砖引玉。
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SCILab | 计算光学成像中的数学—傅里叶光学初探
讲授人：孙佳嵩 副教授
课程简介：本课程的目的是引导同学们了解和学习信息光学中常见的傅里叶分析方法，通过一些简单的仿真与实验帮助同学们对傅里叶光学建立基本的概念。我们首先介绍最基本的正弦条纹的性质，并说明所有图像都可以通过正弦条纹进行表示。然后通过实验和仿真对一些常用的傅里叶变换性质进行进一步阐述。最后给出一个傅里叶光学应用的具体实例：傅里叶叠层成像。在带领学生掌握傅里叶变换的各种性质的基础上，引导学生自主完成由空域图像拼接到频域频谱拼接的知识迁移，并从中体会到科研探索的乐趣。
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SCILab | 计算摄影的前世今生——技术与艺术的交融
讲授人：胡岩 副教授，张润南
课程简介：本课程首先对光学成像系统进行概述。讲述了成像方法发展历史，感光材料发展历史，数字成像的应用，像素的基本概念，以及传统成像方法的固有缺陷等。接着讲述了“计算摄影”这一新概念，即通过前端(物理域)的光学调控与后端(数字域)信息处理的有机结合，通过对照明、成像系统进行光学编码与数学建模，以计算重构的方式获取图像与信息，打破传统成像的禁锢。最后以映美精相机为例给大家演示了传统相机孔径、景深、像素等概念，接着以iPhone12pro和光场相机Lytro为例，展示了新型成像方法。
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SCILab | 一沙一世界 探索微观世界的奥秘——超分辨显微成像技术
讲授人：钱佳铭
课程简介：本次课程意在向同学们介绍光学显微镜的历史、在分辨率上面临的挑战及超分辨显微成像技术如何克服这些挑战，让同学们对目前传统光学显微镜的分辨率极限及荧光超分辨成像技术有一个相对清晰的认识，同学们可以在本次科普课程感觉到显微成像的奥秘与神奇，了解显微技术对人类发展历程中以及未来发展方向上的重要地位。从复杂高端的超分辨显微成像光路和荧光重建结果中，让同学感受光学的乐趣，让同学们对科学充满好奇，培养其挖掘未知、探索科学的兴趣。
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锦绣江苏国际暑期学校 | Geometric Optics and Light Field Imaging Techniques
讲授人：张润南
课程简介：The course begins by introducing fundamental methods for characterizing light rays in geometric optics, then extends to cover light field characterization and light field imaging techniques. In particular, we will delve into advanced developments of light field cameras, large-scale camera arrays and light field microscopy imaging. Additionally, we will showcase the achievements of our programmable aperture light field microscopy technology. Finally, we will engage with students, demonstrating the usage of Lytro software.
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锦绣江苏国际暑期学校 | Florescence Super-resolution Microscopy
讲授人：钱佳铭
课程简介：This course commences with a comprehensive overview of the evolution of microscopes, highlighting their pivotal role in advancing life sciences. It then delves into an array of leading fluorescence super-resolution microscopy techniques, providing an insightful comparison of their respective merits and limitations. The session culminates with an in-depth exploration of SCILab’s contributions to the realm of fluorescence super-resolution imaging, with a particular focus on Structured Illumination Microscopy (SIM).
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锦绣江苏国际暑期学校 | Fast Optical 3D Sensing—Fringe Projection Profilometry
讲授人：李艺璇
课程简介：This course introduces fringe projection profilometry (FPP) in fast optical three-dimensional (3D) sensing technology and details its imaging principles, algorithms, and applications. Our latest work in FPP is introduced around the concept of 6-5-4-3-2-1 from the perspective of reducing the number of patterns required for 3D imaging.
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讲授人：范瑶
课程简介：This course explores label-free microscopic imaging techniques based on computational optical imaging, detailing their technical evolution from 2D observation to 3D quantitative analysis. It focuses on the optical modulation modalities of dark-field, phase-contrast, and non-interferometric quantitative phase imaging techniques, revealing their imaging principles and demonstrating their respective imaging effectiveness. Particularly worth mentioning is that the course demonstrates SCILab’s research results in this field, giving an outlook on the development of these technologies in future biological applications.
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锦绣江苏国际暑期学校 | When artificial intelligence meets structured-light-illumination 3D imaging
讲授人：冯世杰 副教授
课程简介：In recent years, artificial intelligence techniques represented by deep learning have developed rapidly, opening a new way for the research of advanced optoelectronic imaging technology. Structured light illumination 3D imaging is a widely used 3D imaging method. This course will first briefly introduce the basic theory of structured light 3D imaging. Subsequently, several studies based on deep learning, such as fringe pattern analysis, phase unwrapping, speckle image correlation, and uncertainty estimation, are introduced and discussed.
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讲授人：Anand Asundi 教授
课程简介：This course delves into the development of cameras and smartphone features, focusing on 3D imaging and AI intelligent imaging. It starts by tracing the evolution of cameras and delves into advancements in imaging systems. Exploring concepts like light field and its application in smartphone cameras, it then covers modern trends such as AI imaging, monocular 3D vision imaging, and defocus depth imaging. The course concludes by envisioning future camera technology through examples like brain-like cameras and OLED displays.
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南理工电光学院 | 本科该选什么专业？南理工电子科学与技术！新冠病毒的防治都离不开她……
课程简介：南京理工大学电子工程与光电技术学院——电子科学与技术专业所属【光学工程】一级学科：1986年被批准为博士点；2002年被批准为国防科工委和江苏省重点学科；2007年被评为国家一级重点学科、国防特色学科；2011年被评为江苏省优势学科；2012年被评为工信部重点学科；南理工的工程专业入选全球ESI千分之一学科。南京理工大学“电子科学与技术”；2009年获批国家特色专业；2013年获批国家“卓越工程师”教育培养专业；2019年通过国家工程教育认证；2022软科中国最好学科排名光学工程名列全国排名第六。
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SPIE | Fast 3D surface defect detection with fringe projection
讲授人：钱佳铭
课程简介：Ensuring high quality standards at a competitive cost through rapid and accurate industrial inspection is a great challenge in the eld of intelligent manufacturing. Three-dimensional (3D) optical quality inspection technologies are gradually widely applied for surface defect detection of complex workpieces because of its non-contact, high-accuracy, digitization and automation. However, the contradiction between cost and eciency, dependence on additional position hardware, and compromised detection strategies remain the urgent obstacles to overcome. In this work, we propose a fast 3D surface defect inspection approach based on...
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讲授人：李加基
课程简介：We propose label-free and motion-free resolution-enhanced intensity diffraction tomography recovering the 3D complex refractive index distribution of anobject. By combining an annular illumination strategy with a high numerical aperture (NA) condenser, we achieve near diffraction-limited lateral resolution of 346 nm and axial resolution of 1.2 µm over 130X130X8 µm3 volume. Our annular pattern matches the system’s maximum NA to reduce the data requirement to 48 intensity frames...
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讲授人：李加基
课程简介：We present a new label-free three-dimensional (3D) microscopy technique, termed transport of intensity diffraction tomography with non-interferometric synthetic aperture (TIDT-NSA). Without resorting to interferometric detection, TIDT-NSA retrieves the 3D refractive index (RI) distribution of biological specimens from 3D intensity-only measurements at various illumination angles, allowing incoherent-diffraction-limited quantitative 3D phase-contrast imaging. Based onan off-the-shelf bright-field microscope with a programmable LED illumination source...
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SPIE | Wide-field quantitative phase imaging and diffraction tomography with Fourier ptychography
讲授人：李加基
课程简介：We present the high-speed imaging results of in vitro Hela cells mitosis and apoptosis at a frame rate of 25 Hz with a full-pitch resolution of 655 nm at a wavelength of 525 nm (effective NA = 0.8) across a wide field-of-view (FOV) of 1.77 mm2, corresponding to a space–bandwidth–time product of 411 megapixels per second. We also discuss how FPM can be extended to optical diffraction tomography (ODT) under Born or Rytov approximation, achieving super and depthresolved 3D imaging over a wide FOV.
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讲授人：李加基
课程简介：We demonstrate a three-dimensional (3D) optical diffraction tomographic technique with multi-frequency combination (MFC-ODT) for the 3D quantitative phase imaging of unlabeled specimens. Three sets of through-focus intensity images are captured under an annular aperture and two circular apertures with different coherence parameters. The 3D phase optical transfer functions (POTF) corresponding to different illumination apertures are combined to obtain a synthesized frequency response, achieving high-quality, low-noise 3D reconstructions ....
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LLight: Science & Applications | 基于非干涉测量的无标记高时空通量三维显微成像技术研究
讲授人：周顺
课程简介：光学衍射层析可以实现透明生物样品的无标记、非侵入式三维成像，为生命科学与基础医学提供了一种重要的影像学工具。近年来,基于非干涉测量的光学衍射层析技术因系统简单、无散斑噪声等优势受到广泛关注。报告中介绍了以傅里叶叠层衍射层析(FPDT)为代表的非干涉光学衍射层析相关研究进展，其可满足无标记生物样品的高时空通量三维显微成像。
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