本报讯 （记者 孙亚婷）5月22日，记者从西安光机所获悉：该所超快光科学与技术全国重点实验室研究团队在傅里叶叠层显微成像领域取得重要理论突破，建立了无先验数字重聚焦的统一理论框架，首次定量预测了计算成像系统的景深扩展极限。相关成果发表在国际权威期刊APL Photonics上。

与传统显微镜直接拍摄一张高清图像不同，傅里叶叠层显微成像技术用不同角度的光照射样品，拍摄一系列低分辨率图像，再利用算法合成出兼具大视场和高分辨率的无标记图像。该技术在数字病理扫描、活细胞动态观察等领域极具潜力，但一直有一个短板——对“离焦”极其敏感。样品偏离焦点仅仅几微米，重建算法便会失效，图像质量急剧下降。

以往，人们要么需要提前测量出离焦距离，将其作为“先验”信息输入算法；要么因缺乏定量理论，说不清到底能恢复多严重的失焦模糊。这严重制约了该技术的应用进程。

针对这一难题，该团队首次将物理光学本身的固有限制与计算算法所能提供的“增益”剥离开来，推导出一个最大可容忍离焦量的解析模型，从而明确了数字重聚焦的物理边界。

“这个理论模型相当于建立了一套物理清晰、无需猜测的‘模糊修复指南’，定量回答了数字重聚焦‘能救多少、为何能救、极限在哪’的根本问题。”团队负责人潘安介绍，借助这一模型，对于任何一台给定的显微镜，研究者都能提前计算出在图像可被准确复原的前提下样品最多能离焦多少。

为验证理论模型的准确性，团队使用4倍、10倍、20倍三种物镜开展实验，结果与实际测量之间的误差均小于2%。其中，20倍高数值孔径物镜的清晰成像深度从3.95微米扩展至40微米，实现了10倍以上的景深扩展。

潘安介绍：“为进一步验证重建结果的物理真实性，我们严格分析了重建波前的离焦量，结果反向推算误差小于1%，终结了长期存在的‘算法伪影VS真实物理畸变’的学术争议。”

在人类结直肠癌病理切片的极端离焦成像实验中，该理论模型成功恢复了组织中原本模糊不可辨的精细形态，展现了其在生物医学领域的实用价值。