用于计算显微镜的更小更密集更好的照明器

为了扩大可编程照明提供的可能性，康涅狄格大学的一组研究人员开发了一种构建和校准自由形式照明器的策略，为计算显微镜提供更大的灵活性。他们的校准方法使用沾有血迹的传感器重建光源位置。他们演示了在傅里叶叠层显微术、3D 断层扫描成像和片上显微镜中使用经过校准的自由曲面照明器，并在实验中使用经过校准的自由曲面照明器来跟踪细菌生长。

该小组的研究于 2 月 20 日发表在科学合作期刊《智能计算》(Intelligent Computing)上。

使用自由形式照明进行实验设置的新可能性不仅可以提高灵活性，还可以提高效率：“有了这个平台，我们可以开始将基于培养皿的实验从传统的劳动密集型过程转变为自动化和简化的过程，”研究论文指出。

可编程光源简化了在不同类型的显微镜环境中照亮样品的工作，但传统的可编程阵列由单个灯的平面固定网格组成。由可放置在三维空间任意位置的灯组成的阵列为实验者提供了减小照明器尺寸、将灯放置得更靠近样品、增加灯的密度并根据需要调整照明角度的机会。他们的具体要求。

未来可以通过更好的校准方法、更密集的照明布置、具有更大波长多样性的光和调整的位置估计来进一步增强自由形式的照明。

作者设计并建造了四种不同的自由形式照明器：倾斜平面、三角锥、圆顶和莫比乌斯带。金字塔照明器有几个优点。它与样品成一定角度，在离样品最远的点有最多的光，它可以放在离样品很近的地方以有效地传输光。

作者使用涂有血迹的传感器校准了照明器。在传感器上涂上一层薄而致密的粒子，使作者能够使用光线追踪计算每个照明元件的位置。使用从手指刺取的人体血液的优点是不需要复杂或昂贵的工具。但是，可以使用具有类似特性的其他物质代替它。作者验证了他们的校准方法，发现恢复的位置与实际位置只有很小的偏差。

作者在几个实验中展示了他们的自由形式照明器的使用。所有四个照明器都成功地用于傅里叶叠层显微术，这是一种计算显微技术，它结合了不同角度的照明产生的不同图像。

金字塔照明器用于捕捉由红光、绿光和蓝光点亮的单独图像，这些图像组合在一起形成全彩色图像。它还用于 3D 断层扫描，这是一种通过堆叠 3D 样本的横截面图像来构建 3D 图像的技术。

金字塔照明器用于片上显微镜，这是一种样品直接位于传感器上的装置，就像校准步骤中的血涂片一样。将在自由形式照明器中用单独的光产生的图像组合在一起，最终图像的分辨率比任何单独的原始图像都高，这就是为什么这种技术被称为超分辨率显微镜的原因。一项实验产生了血细胞的静止图像，另一项实验产生了琼脂块上大肠杆菌菌落生长的延时系列。

郑国安构思了这个想法并设计了实验。彭明松和王天波进行了实验。他们在这篇论文上的合著者是蒋少伟、郭成飞、王瑞海、杨黎明和周游。

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