拾级而上，攀登光学成像高峰——记中国科学院西安光学精密机械研究所副研究员潘安

张锦玉

千百年来，人们对长驻影像的渴望、对影像记录和信息传播分享的需求，推动了光学成像技术的变革。可以说，光学成像的诞生与发展是时代的必然产物。其从无发展到有，从黑白发展到彩色，从静态发展到动画，所依托的便是光学成像技术的革命。

21世纪以来，光学成像技术已经由传统的数字化成像技术发展进入计算光学成像技术的新时代。2023年1月11日，在阿里达摩院发布的“2023年十大科技趋势”之中，“计算光学成像”就赫然在列。作为新兴多学科交叉领域，计算光学成像打破了之前先拍照后处理的思想，简化了成像系统，将光学系统设计与处理算法联合优化，而不是分而治之，以最大化信息量而不是数据量作为设计目标，以此发展出了一个全新的技术路径。近些年来这一领域取得了许多令人振奋的研究成果，并在手机摄像、医疗、无人驾驶等层面开始规模化应用。而中国科学院西安光学精密机械研究所（以下简称“西安光机所”）瞬态光学与光子技术国家重点实验室前沿交叉研究中心（筹）主任潘安的研究方向就与计算光学成像息息相关。

“追光之路”道阻且长,“不惧困难、拾级而上”是潘安一路以来的写照。在多年的科研生涯中，他先后前往美国、以色列等国家进行研究积淀，以出色的研究成果成为青年一代科研创新的佼佼者；扎根祖国大地，他初心不渝，矢志笃行在计算光学成像和生物光子学等基础研究中，不断带领团队突破传统光学成像极限，带来更具创造力和想象力的新应用。

追梦，奋斗不息的人生底色

自由思考、厚积薄发，一直是潘安喜欢的学术氛围。在他看来，人生就像在滚雪球，一旦滚起来之后，后边就会容易得多，关键是怎样迈出第一步。

时间拨回2014年，那时的潘安21岁，正值本科毕业。在潘安的本科时期，信息时代还未全面来临，他直言自己当时整个人仍旧处于“玩泥巴”的状态，到了研究生阶段这个状态才有所转变。研究生一年级时，他和同届的学生有幸得到了前往中国科学院大学（北京雁栖湖校区）集中教学的机会。学校坐落在长城脚下，自然环境优美、绝对僻静。在这里，潘安可以远离都市的喧嚣，静心投入到学习、研究中。值得一提的是，学校还为他们聘请了国内外知名大师进行授课，正是在这里学习、研究的经历，为潘安打下了扎实的研究基础。也正是在这一阶段，潘安遇到了自己的恩师史祎诗教授。

入学之初，潘安就在高等物理光学考试中以满分的成绩成功被史祎诗教授选拔到实验室，参加了为期一年的“科教融合”项目，从事叠层衍射成像术相关研究。潘安十分珍惜这来之不易的机会，经常从早晨到晚上，站在实验台边上工作，连坐都不坐一下。要不是午餐时，同项目组的刘祥磊提醒他，潘安都没有意识到自己已经痴迷至此。这期间，他带领小组复现了前人的研究工作，并发现其中的不足，提出了将多波长二维叠层成像扩展为三维成像的数字化多层切片重构方法与三波长同时照明的快速非相干叠层重构方法两个方案，并成功发表了两篇《科学引文索引》（SCI）文章。虽然是“微不足道”的两项小工作，但这些成绩为他树立了科研信心，让他找到了科研兴趣，更让他明白了坚持与积累的重要性。

潘安

在此之后，潘安又成功得到了国家公派资助前往以色列巴伊兰大学、美国加州理工学院研修的机会。特别是在美国加州理工学院这一年，潘安在杨昌辉（Changhuei Yang）教授的带领下，进一步发展了傅里叶叠层显微成像技术（FPM）。在多个科学研究项目的实践与打磨下，他成功荣获了2019年美国光学学会（OSA）鲍里斯·斯托伊切夫纪念奖，而他也是自2011年这一奖项成立以来，中国首位获得此荣誉的研究生。因为优异的科研表现，潘安还得到了在2019年“德国林岛诺贝尔奖获得者大会”中与各位诺奖学者当面交流的机会。值得一提的是，在这项世界级的盛会中，潘安基于半球形数字聚光镜照明的高通成像系统的科研成果，从一众青年学者中脱颖而出，顺利获得了第69届德国林岛诺贝尔奖获得者大会最佳海报奖第一名，而他也是中国首位这一奖项的获得者。

扎根，科研面向社会所需

随着信息科学的爆发性发展，计算光学成像在近两年来成为领域的研究热点。2020年进入中国科学院西安光学精密机械研究所之后，潘安基于我国在相关领域的发展趋势及自己的研究基础，在计算光学成像与临床医学的结合中做出了一系列创新性成果。

长期以来，术中病理由于病人躺在手术台上，时间急迫，只留给成像2～3分钟的窗口时间，更为挑战的是冷冻切片样本因切片技术原因，厚度极不均匀，对成像质量造成重要影响，进而对后续医生的判读造成重要影响。

为了攻克这一关键科研问题，潘安和西安光机所的同事马彩文研究员、姚保利研究员经过不懈科研攻关，于2021年创新性提出了单通道快速全彩色数字病理学成像方法，又于2022年改进了这一方法，并命名为CFFPM。这一方法将交叠分块、三边滤波与全彩色FPM迁移学习模型相结合，在近乎不牺牲成像精度的同时将效率提升了3倍，满足了成像窗口的极短时间要求；又得益于FPM技术长景深的优势，这一方法极大弥补了切片质量不足的限制，为计算光学成像在数字病理学中的临床应用提供了新思路，对于促进FPM在数字病理学中的发展具有重要意义。相关工作发表在物理一区期刊《中国科学：物理学 力学 天文学》（Science China-Physics Mechanics & Astronomy）上，并被选为第11期封面论文。相关成果被提名为“2021年中国光学十大进展”候选。

科学研究从不囿于一隅，潘安的科研方向始终在不断扩展中。长期以来，超快现象研究对自然科学、能源、材料、生物等研究及技术领域都具有重要意义。而西安光机所在超快科学领域有着悠久的研究历史。在之前研究工作的基础上，潘安和团队成员们结合西安光机所在超快科学领域的研究优势，围绕微观过程超快动力学成像开展了超快科学与叠层成像技术基础理论及技术论证研究。“扫描透射X射线显微镜由于与X射线光学相关的制造问题造成成像分辨率的限制，相干衍射成像技术则受晶体或准晶体结构限制，而叠层成像技术的引入很好解决了二者的困难，从而可以观察一些生物大分子的超快运动过程。”潘安说。现如今，他与团队在相关领域的研究工作正在有序开展中。

落地，一体两翼展开产业应用

陕西地处祖国西部，科研条件与其他发达地区相比仍有较大差距。虽然外部条件有限，但西部的科研实力与产业资源在近些年来却在蓬勃成长。几十年来，西安光机所从发明我国第一块耐辐射光学玻璃、第一根光纤、第一台光纤胃镜和第一个自聚焦微型透镜开始，坚守将科研面向国民经济主战场的发展方向，通过将科研任务与市场需求紧密结合，孵化运营了一大批高度创新的、面向市场核心诉求的硬科技企业。得益于研究所的助力，潘安团队曾一项专利2个月内加急预审获得授权、4项专利以100万元一次性转让出去，与企业联合推进研究落地。直至今日，他将科研成果落地生根的决心始终未曾改变。

团队合影（二排中为潘安）

工欲善其事，必先利其器。针对我国大量高科技仪器仍须依赖国外进口的现状，潘安及其研究团队今后还将利用自己的专业优势继续为国产医疗器械的创新提供助力，以促成更多医疗器械的落地。同时，基于团队在FPM成像领域的研究技术，他们还将继续开展数字病理学研究，以更好地提升我国医疗行业的诊断水平。

单丝不成线，独木不成林。一切创新的事业均离不开创新的人才和团队。对于一路走来携手前行的团队成员，潘安始终心怀感恩。现如今，他所在的这支十多人的研究团队，还在不断引入新鲜血液，预计在3年内达到30人左右规模。前路漫漫，他仍将和团队成员共同进行科研开拓，在“追光”的道路上用更多立地生根的科研成果描绘自己青春的底色。