研究

课题组围绕生物医学成像开展研究,涵盖成像物理、系统设计、计算重建、机器学习、定量生物图像分析与紧凑型生物医学装置。

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Microscopy systems and algorithms

显微成像:系统与算法

面向不同成像场景,融合新型成像物理、自底向上的系统设计以及硬件与算法协同设计,发展先进生物医学成像技术。

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我们面向多种成像模态发展先进生物医学成像技术,研究涵盖新型成像物理、自底向上的系统设计,以及针对具体成像场景的硬件与计算算法协同设计。在光子或信号预算、采集速度、成像深度和系统复杂度等实际约束下,优化空间、时间与信息分辨率。

代表性技术

稀疏解卷积

一种物理信息驱动的重建框架,利用稀疏性与结构连续性提升分辨率、对比度和信噪比,尤其适用于低信噪比成像;相关应用包括Sparse-SIMSparse SD-SIM

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SACD

一种基于涨落的超分辨框架,无需额外光学组件,仅使用20帧即可实现约三倍的横向和轴向分辨率提升;Sparse-SACD进一步支持快速四维活细胞超分辨成像。

另见我们的无标记SACD工作[Light: Science & Applications, 2025]

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RIED

一种面向极端光子受限生物发光和电化学发光的反应发光超分辨框架,无需外部光学激发或光化学调制即可实现高对比度二维和三维成像;BL-RIED可连续超分辨成像两天以上。

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Machine learning methods and applications

机器学习:方法与应用

融合显式物理先验、结构先验与数据驱动学习,开展多维生物医学及自然信号的重建与分析。

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我们研究多维生物医学及自然信号的机器学习重建与分析方法,利用显式物理和结构先验设计可解释计算模型,并借助数据驱动先验解决传统方法难以处理的问题。相关应用涵盖降低显微成像的光子、采集时间与硬件需求,以及加速生物图像重建、分析和发现。

代表性技术

SN2N

Self-inspired Noise2Noise是一种自监督学习降噪框架,无需大规模配对数据集或干净真值图像,性能可媲美监督学习,并支持稳健、光子高效、长时程和低光毒性成像。

另见自适应SN2N工作[PhotoniX Life, 2026]

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aSN2N

Adaptive SN2N引入自适应预处理与归一化策略,使自监督学习在异质成像条件下更加稳定,并提高对强度变化和背景污染的稳健性,同时抑制重建伪影。

aSN2N项目 →
生物图像分析与生物医学成像装置

智能生物医学图像分析与成像装置

发展定量生物图像分析方法与紧凑型成像仪器,服务于自动化、高通量生物学研究。

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我们发展智能生物图像分析方法与生物医学成像仪器,服务于自动化、定量和高通量生物学研究。工作涵盖图像分割、追踪、分析和表征学习,以及紧凑、面向应用的成像装置与系统。

代表性技术

PANEL

像素级误差位置分析是一种定量框架,可在超分辨尺度绘制重建误差,并系统评价传统及深度学习重建方法。

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智能掌上型光流控血液分析仪

一种基于成像的紧凑型平台,用于白细胞浓度自动测量与快速血液学分析。

智能血液分析仪项目 →
光场内窥探头

以MIRD为起点发展紧凑、灵活的探头,通过新型光学设计与计算成像策略实现单次曝光高分辨率体成像。

另见[Optics and Lasers in Engineering, 2026][Optics Express, 2026]

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稀疏共聚焦显微成像与单粒子追踪

该方法揭示SARS-CoV-2病毒样颗粒如何通过沿丝状伪足“冲浪”和“抓取”到达细胞进入位点,从而减少其在质膜上的随机搜索。

另见[European Journal of Cell Biology, 2025]

稀疏共聚焦显微成像项目 →

新闻

课题组的重要论文、研究进展与近期动态。

以RIED为封面的Nature第657卷第8130期封面 Nature · 封面 · 2026年9月Nature Cover封面展示了在黑暗中利用RIED化学发光成像获得的三维微管网络,实现无需激光激发的超分辨显微成像。查看本期内容 ↗ RIED论文预览图 X · 2026年8月12日RIED发表于Nature一种无激发超分辨显微成像新范式,适用于电化学发光、化学发光和生物发光。在X查看原帖 ↗ SN2N论文预览图 X · 2024年9月11日SN2N发表于Nature Methods一种媲美监督学习的无监督去噪方法,仅用单幅含噪图像训练,无需干净的真值图像。在X查看原帖 ↗ 绘制超分辨图像质量论文预览图 Light: Science & Applications · 新闻与观点绘制超分辨图像质量Ke Xu博士撰写的新闻与观点文章,评述我们利用rFRC定量绘制局部超分辨图像质量的工作。阅读文章 ↗ npj Imaging编辑委员会预览图 npj Imaging · 编辑委员会担任npj Imaging副主编课题组PI现任npj Imaging副主编。查看编辑委员会 ↗ rFRC论文预览图 X · 2023年12月14日rFRC发表于Light: Science & Applications一种在相应超分辨尺度上评估超分辨图像质量的工具。在X查看原帖 ↗ 解卷积增强涨落检测论文预览图 Nature Photonics · 新闻与观点解卷积增强涨落检测David Baddeley博士撰写的新闻与观点文章,评述我们的SACD工作及其两步解卷积流程。阅读文章 ↗ 以SACD为封面的Nature Photonics第17卷第9期封面 Nature Photonics · 封面 · 2023年9月Nature Photonics Cover封面展示了通过自相关与两步解卷积获得的宽场超分辨图像。该方法仅需20帧即可将轴向和横向分辨率提高一倍,并在10分钟内以128 nm分辨率完成2 mm × 1.4 mm视野内数千个细胞的成像。查看本期内容 ↗ SACD论文预览图 X · 2023年6月15日SACD发表于Nature PhotonicsSACD将荧光波动检测灵敏度提升数个数量级,仅需20帧即可实现两倍以上的三维分辨率提升。在X查看原帖 ↗

近期新闻

  • RIED工作入选Nature第657卷第8130期封面。
  • RIED工作已在Nature在线发表。
  • 祝贺课题组博士生、共同第一作者桂家辉,RIED工作被Nature接收!
  • 祝贺课题组博士生苏德尔顺利通过博士学位论文答辩!
  • 祝贺课题组博士生苏德尔!其两项光场内窥探头研究分别发表于Optics and Lasers in EngineeringOptics Express
  • 祝贺课题组博士生桂家辉!RIED以bioRxiv预印本形式发布,并同步开放MATLAB工具箱
完整新闻档案

课题组新闻

2026-09: RIED工作入选Nature第657卷第8130期封面。

2026-08: RIED工作已在Nature在线发表。

2026-07: 祝贺课题组博士生、共同第一作者桂家辉,RIED工作被Nature接收!

2026-04: 祝贺课题组博士生苏德尔顺利通过博士学位论文答辩!

2026-04: 祝贺课题组博士生苏德尔!其两项光场内窥探头研究分别发表于Optics and Lasers in EngineeringOptics Express

2026-02: 祝贺课题组博士生桂家辉!RIED以bioRxiv预印本形式发布,并同步开放MATLAB工具箱。
2025-09: 课题组PI晋升为哈尔滨工业大学长聘教授

2025-09: 祝贺课题组合作研究人员曲丽颖!其关于SN2N的述评发表于Clinical and Translational Medicine

2025-08: FLAME以预印本形式发布,同时开放MATLAB工具箱。

2025-08: 合作研究EPSLON发表于Light: Science & Applications

2025-07: SR-Wiki成为课题组发布最新成像与分析工具的官方GitHub组织,集中提供课题组成像工具的实现。

2025-06: 祝贺课题组博士生朱竞阳!Adaptive SN2N发表于PhotoniX Life

2025-04: 祝贺曲丽颖顺利通过博士学位论文答辩!
2024-09: SN2N工作已在Nature Methods在线发表。

2024-08: 课题组PI获国家自然科学基金优秀青年科学基金项目资助。

2024-06: 祝贺课题组博士生曲丽颖和黄园园!SN2N已被Nature Methods接收。

2024-01: 祝贺课题组博士生曲丽颖和黄园园!SN2N以bioRxiv预印本形式发布(已投稿Nature Methods),并同步开放Python工具箱。

2024-01: Ke Xu博士在Light: Science & Applications发表题为“Mapping super-resolution image quality”的新闻与观点文章,评述我们的rFRC工作。

2024-01: 课题组PI受聘为教授

2024-01: 课题组PI现任npj Imaging副主编。
2023-12: rFRC工作已在Light: Science & Applications在线发表。

2023-12:Nature Research Community发布关于rFRC的“论文背后”博客。

2023-12: 祝贺课题组博士生苏德尔!Smart palm-size optofluidic hematology analyzer受邀发表于Opto-Electronic Science

2023-12: 祝贺课题组博士生苏德尔!MIRD volumetric endoscope发表于Optics Letters,并入选第48卷第24期特色图片。

2023-09: David Baddeley博士在Nature Photonics发表题为“Deconvolution enhances fluctuation detection”的新闻与观点文章,评述我们的SACD工作。

2023-09: SACD入选Nature Photonics 2023年9月第17卷第9期封面文章。

2023-08: 我们与Yaming Jiu课题组利用稀疏解卷积增强的共聚焦显微成像,揭示SARS-CoV-2调控并利用动态丝状伪足实现病毒入侵的过程;研究在线发表于Science Bulletin

2023-06:Nature Research Community发布关于SACD的“论文背后”博客。

2023-06: SACD已在Nature Photonics在线发表。
2022
2022-12: PANELSACD以预印本形式发布。

2022-10: PANELpy完全开源。

2022-07:助理教授身份加入哈尔滨工业大学。

2022-05: SACDmSACDj完全开源。
2021
2021-11: 带GPU加速的稀疏解卷积Python版本发布于GitHub

2021-11:Nature Research Community发布关于稀疏解卷积的“论文背后”博客。

2021-11: 稀疏解卷积已在Nature Biotechnology在线发表。

2021-07: PANELMPANELJ完全开源。

2021-07: 稀疏解卷积Nature Biotechnology接收发表。

2021-03: 关于解卷积的开放科学讨论发布于GitHubTwitter