拾級而上，攀登光學成像高峰
——記中國科學院西安光學精密機械研究所副研究員潘安

張錦玉

千百年來，人們對長駐影像的渴望、對影像記錄和信息傳播分享的需求，推動了光學成像技術的變革。可以說，光學成像的誕生與發展是時代的必然產物。其從無發展到有，從黑白發展到彩色，從靜態發展到動畫，所依托的便是光學成像技術的革命。

21世紀以來，光學成像技術已經由傳統的數字化成像技術發展進入計算光學成像技術的新時代。2023年1月11日，在阿里達摩院發布的“2023年十大科技趨勢”之中，“計算光學成像”就赫然在列。作為新興多學科交叉領域，計算光學成像打破了之前先拍照后處理的思想，簡化了成像系統，將光學系統設計與處理算法聯合優化，而不是分而治之，以最大化信息量而不是數據量作為設計目標，以此發展出了一個全新的技術路徑。近些年來這一領域取得了許多令人振奮的研究成果，并在手機攝像、醫療、無人駕駛等層面開始規?；瘧谩６袊茖W院西安光學精密機械研究所（以下簡稱“西安光機所”）瞬態光學與光子技術國家重點實驗室前沿交叉研究中心（籌）主任潘安的研究方向就與計算光學成像息息相關。

“追光之路”道阻且長,“不懼困難、拾級而上”是潘安一路以來的寫照。在多年的科研生涯中，他先后前往美國、以色列等國家進行研究積淀，以出色的研究成果成為青年一代科研創新的佼佼者；扎根祖國大地，他初心不渝，矢志篤行在計算光學成像和生物光子學等基礎研究中，不斷帶領團隊突破傳統光學成像極限，帶來更具創造力和想象力的新應用。

追夢，奮斗不息的人生底色

自由思考、厚積薄發，一直是潘安喜歡的學術氛圍。在他看來，人生就像在滾雪球，一旦滾起來之后，后邊就會容易得多，關鍵是怎樣邁出第一步。

時間撥回2014年，那時的潘安21歲，正值本科畢業。在潘安的本科時期，信息時代還未全面來臨，他直言自己當時整個人仍舊處于“玩泥巴”的狀態，到了研究生階段這個狀態才有所轉變。研究生一年級時，他和同屆的學生有幸得到了前往中國科學院大學（北京雁棲湖校區）集中教學的機會。學校坐落在長城腳下，自然環境優美、絕對僻靜。在這里，潘安可以遠離都市的喧囂，靜心投入到學習、研究中。值得一提的是，學校還為他們聘請了國內外知名大師進行授課，正是在這里學習、研究的經歷，為潘安打下了扎實的研究基礎。也正是在這一階段，潘安遇到了自己的恩師史祎詩教授。

入學之初，潘安就在高等物理光學考試中以滿分的成績成功被史祎詩教授選拔到實驗室，參加了為期一年的“科教融合”項目，從事疊層衍射成像術相關研究。潘安十分珍惜這來之不易的機會，經常從早晨到晚上，站在實驗臺邊上工作，連坐都不坐一下。要不是午餐時，同項目組的劉祥磊提醒他，潘安都沒有意識到自己已經癡迷至此。這期間，他帶領小組復現了前人的研究工作，并發現其中的不足，提出了將多波長二維疊層成像擴展為三維成像的數字化多層切片重構方法與三波長同時照明的快速非相干疊層重構方法兩個方案，并成功發表了兩篇《科學引文索引》（SCI）文章。雖然是“微不足道”的兩項小工作，但這些成績為他樹立了科研信心，讓他找到了科研興趣，更讓他明白了堅持與積累的重要性。

潘安

在此之后，潘安又成功得到了國家公派資助前往以色列巴伊蘭大學、美國加州理工學院研修的機會。特別是在美國加州理工學院這一年，潘安在楊昌輝（Changhuei Yang）教授的帶領下，進一步發展了傅里葉疊層顯微成像技術（FPM）。在多個科學研究項目的實踐與打磨下，他成功榮獲了2019年美國光學學會（OSA）鮑里斯·斯托伊切夫紀念獎，而他也是自2011年這一獎項成立以來，中國首位獲得此榮譽的研究生。因為優異的科研表現，潘安還得到了在2019年“德國林島諾貝爾獎獲得者大會”中與各位諾獎學者當面交流的機會。值得一提的是，在這項世界級的盛會中，潘安基于半球形數字聚光鏡照明的高通成像系統的科研成果，從一眾青年學者中脫穎而出，順利獲得了第69屆德國林島諾貝爾獎獲得者大會最佳海報獎第一名，而他也是中國首位這一獎項的獲得者。

扎根，科研面向社會所需

隨著信息科學的爆發性發展，計算光學成像在近兩年來成為領域的研究熱點。2020年進入中國科學院西安光學精密機械研究所之后，潘安基于我國在相關領域的發展趨勢及自己的研究基礎，在計算光學成像與臨床醫學的結合中做出了一系列創新性成果。

長期以來，術中病理由于病人躺在手術臺上，時間急迫，只留給成像2～3分鐘的窗口時間，更為挑戰的是冷凍切片樣本因切片技術原因，厚度極不均勻，對成像質量造成重要影響，進而對后續醫生的判讀造成重要影響。

為了攻克這一關鍵科研問題，潘安和西安光機所的同事馬彩文研究員、姚保利研究員經過不懈科研攻關，于2021年創新性提出了單通道快速全彩色數字病理學成像方法，又于2022年改進了這一方法，并命名為CFFPM。這一方法將交疊分塊、三邊濾波與全彩色FPM遷移學習模型相結合，在近乎不犧牲成像精度的同時將效率提升了3倍，滿足了成像窗口的極短時間要求；又得益于FPM技術長景深的優勢，這一方法極大彌補了切片質量不足的限制，為計算光學成像在數字病理學中的臨床應用提供了新思路，對于促進FPM在數字病理學中的發展具有重要意義。相關工作發表在物理一區期刊《中國科學：物理學 力學 天文學》（Science China-Physics Mechanics & Astronomy）上，并被選為第11期封面論文。相關成果被提名為“2021年中國光學十大進展”候選。

科學研究從不囿于一隅，潘安的科研方向始終在不斷擴展中。長期以來，超快現象研究對自然科學、能源、材料、生物等研究及技術領域都具有重要意義。而西安光機所在超快科學領域有著悠久的研究歷史。在之前研究工作的基礎上，潘安和團隊成員們結合西安光機所在超快科學領域的研究優勢，圍繞微觀過程超快動力學成像開展了超快科學與疊層成像技術基礎理論及技術論證研究。“掃描透射X射線顯微鏡由于與X射線光學相關的制造問題造成成像分辨率的限制，相干衍射成像技術則受晶體或準晶體結構限制，而疊層成像技術的引入很好解決了二者的困難，從而可以觀察一些生物大分子的超快運動過程。”潘安說?，F如今，他與團隊在相關領域的研究工作正在有序開展中。

落地，一體兩翼展開產業應用

陜西地處祖國西部，科研條件與其他發達地區相比仍有較大差距。雖然外部條件有限，但西部的科研實力與產業資源在近些年來卻在蓬勃成長。幾十年來，西安光機所從發明我國第一塊耐輻射光學玻璃、第一根光纖、第一臺光纖胃鏡和第一個自聚焦微型透鏡開始，堅守將科研面向國民經濟主戰場的發展方向，通過將科研任務與市場需求緊密結合，孵化運營了一大批高度創新的、面向市場核心訴求的硬科技企業。得益于研究所的助力，潘安團隊曾一項專利2個月內加急預審獲得授權、4項專利以100萬元一次性轉讓出去，與企業聯合推進研究落地。直至今日，他將科研成果落地生根的決心始終未曾改變。

團隊合影（二排中為潘安）

工欲善其事，必先利其器。針對我國大量高科技儀器仍須依賴國外進口的現狀，潘安及其研究團隊今后還將利用自己的專業優勢繼續為國產醫療器械的創新提供助力，以促成更多醫療器械的落地。同時，基于團隊在FPM成像領域的研究技術，他們還將繼續開展數字病理學研究，以更好地提升我國醫療行業的診斷水平。

單絲不成線，獨木不成林。一切創新的事業均離不開創新的人才和團隊。對于一路走來攜手前行的團隊成員，潘安始終心懷感恩?，F如今，他所在的這支十多人的研究團隊，還在不斷引入新鮮血液，預計在3年內達到30人左右規模。前路漫漫，他仍將和團隊成員共同進行科研開拓，在“追光”的道路上用更多立地生根的科研成果描繪自己青春的底色。