數(shù)字圖像傳感器的像素規(guī)模和性能，是影響天文、遙感等領(lǐng)域圖像成像質(zhì)量的核心要素。在當前的芯片制造水平下，數(shù)字圖像傳感器的像素分辨率和成像質(zhì)量已臻極限，難以大幅提升。對此，空天院張澤研究員團隊首次實現(xiàn)像素“分割”成像，成功開發(fā)出超采樣成像技術(shù)。

透過散射介質(zhì)成像意義重大。目前，研究多利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在散斑圖樣中恢復(fù)清晰圖像，通過優(yōu)化光場調(diào)控實現(xiàn)高光學厚度的散射成像。然而，由于實際應(yīng)用場景數(shù)據(jù)集難以獲取，大多數(shù)實驗在實驗室環(huán)境下進行，使用空間光調(diào)制器加載圖像，并在人造光源和侵入式照明條件下采集散射圖像。這種實驗條件與真實散射場景差異顯著，導(dǎo)致訓(xùn)練出的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)難以應(yīng)用于外場散射環(huán)境。近日，中國科學院研究團隊進行了相關(guān)探索。

基于國際科技創(chuàng)新中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺科創(chuàng)熱榜每日榜單形成的一周科技記憶，我們推出《一周前沿科技盤點》專欄。今天，為大家?guī)淼?19期。

1、《Laser & Photonics Reviews》丨我國科研人員首次實現(xiàn)像素“分割”成像

超采樣成像技術(shù)流程示意圖

數(shù)字圖像傳感器的像素規(guī)模和性能，是影響天文、遙感等領(lǐng)域圖像成像質(zhì)量的核心要素。在當前的芯片制造水平下，數(shù)字圖像傳感器的像素分辨率和成像質(zhì)量已至極限，難以大幅提升。中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院張澤研究員團隊首次實現(xiàn)像素“分割”成像，成功開發(fā)出超采樣成像技術(shù)。超采樣成像是一種能夠突破像素分辨率極限，利用少數(shù)像素傳感器實現(xiàn)大規(guī)模像素顯像能力的技術(shù)。該技術(shù)能夠顯著提升圖像傳感器的像素分辨率和成像質(zhì)量。

在實現(xiàn)原理上，該團隊采用穩(wěn)態(tài)激光技術(shù)掃描數(shù)字圖像傳感器，通過穩(wěn)態(tài)光場表達式和輸出圖像矩陣的關(guān)聯(lián)關(guān)系，精確求解出圖像傳感器像素內(nèi)量子效率分布。當使用相機拍攝動態(tài)目標或者移動相機拍攝靜態(tài)場景時，通過獲取的像素內(nèi)量子效率和像素細分算法，可以突破原始像素分辨率，實現(xiàn)超采樣成像。穩(wěn)態(tài)激光技術(shù)是由該團隊首創(chuàng)的鋒芒穩(wěn)態(tài)激光技術(shù)演化而來，在原理上具有極穩(wěn)定的光場形式。

超采樣成像技術(shù)目前可以將像素規(guī)模提高5×5倍，即利用1k×1k的芯片可以實現(xiàn)5k×5k像素分辨率的成像。隨著標校精度提高，像素分辨率具有提升空間。打個比方，原有像素是一個方塊，通過這一技術(shù)可以將像素分割，等效變成25個像素（方塊），對應(yīng)著像素規(guī)模提升了25倍。

目前，這一技術(shù)在室內(nèi)、室外對無人機、建筑、高鐵、月亮等目標進行了成像試驗，展現(xiàn)出良好的技術(shù)穩(wěn)定性。

2、《Light: Science & Applications》丨時空色彩魔術(shù)師：3D手性顏色單元的智能編程

透過散射介質(zhì)成像具有科學意義和應(yīng)用價值。有研究利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)在散斑圖樣中復(fù)原清晰的物體，通過優(yōu)化光場調(diào)控實現(xiàn)透過散射介質(zhì)聚焦以及實現(xiàn)超17倍光學厚度的散射成像等。而受限于實際應(yīng)用場景數(shù)據(jù)集難以采集，多數(shù)研究只能利用空間光調(diào)制器依次加載大量圖像。在實驗室人造散射環(huán)境中，人造光源侵入式照明條件下，利用相機采集相應(yīng)的散射圖像。這樣設(shè)計的實驗條件與實際散射場景在光學特性上大相徑庭。通過這些數(shù)據(jù)訓(xùn)練的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只可用于類似的實驗環(huán)境，無法應(yīng)用于真實的外場散射環(huán)境。

中國科學院上海光學精密機械研究所研究員司徒國海團隊提出了基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的、能夠應(yīng)用于自然場景的實時非侵入式透過散射介質(zhì)光學成像方法（DescatterNet），分別從實驗裝置設(shè)計、數(shù)據(jù)集設(shè)計、數(shù)據(jù)預(yù)處理方法、AI模型優(yōu)化和部署等方面開展研究，在真實物體和自然場景中取得顯著的散射成像效果。研究顯示，隨著散射程度加深，原始散射圖像迅速退化并完全無法分辨。DescatterNet對真實物體實現(xiàn)了高質(zhì)量的散射成像，提高了成像系統(tǒng)的探測性能。

在前期成果的基礎(chǔ)上，該團隊進行了自然場景的散射成像實驗并搭建了成像裝置。實驗中，該團隊實現(xiàn)了透過戶外5.9km的濃霧環(huán)境對自然場景的散射成像。傳統(tǒng)圖像增強方法難以復(fù)原出清晰圖像，而DescatterNet可以取得最優(yōu)的復(fù)原結(jié)果。

該研究表明，AI技術(shù)應(yīng)用于真實散射場景的關(guān)鍵在于適配的數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)處理算法及強大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。該研究結(jié)合光學成像原理研制的新一代智能成像技術(shù)提高了系統(tǒng)的探測性能，在惡劣天氣下交通安全、視頻監(jiān)控、火場救援和水下探測等領(lǐng)域展現(xiàn)出應(yīng)用前景。

3、《National Science Review》丨光柵結(jié)構(gòu)色革新觸覺傳感器，機器人感知新高度

基于柔性光柵結(jié)構(gòu)色的觸覺感知方法示意圖

觸覺傳感器是機器人執(zhí)行復(fù)雜精細操作的關(guān)鍵核心部件之一。近年來，隨著機器視覺技術(shù)發(fā)展，基于視覺識別原理的觸覺傳感器（又稱視觸覺傳感器）成為觸覺感知領(lǐng)域的重要研究方向?，F(xiàn)有的視觸覺傳感器依賴幾何光學信息或標記跟蹤技術(shù)，其觸點力位識別感知的分辨率和精度受到制約。

中國科學技術(shù)大學副教授董二寶課題組聯(lián)合香港城市大學副教授于欣格團隊受仿生結(jié)構(gòu)色現(xiàn)象啟發(fā)，創(chuàng)新性地采用柔性光柵薄膜在白光照射下形成的結(jié)構(gòu)色圖案作為觸覺表征信息，并結(jié)合深度學習算法進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)了接觸點的高靈敏、高分辨率感知。實驗結(jié)果表明，這種基于柔性光柵結(jié)構(gòu)色的視觸覺感知方法能夠充分利用結(jié)構(gòu)色圖案中蘊含的豐富觸覺表征信息，在觸點定位的空間分辨率和法向力識別精度方面優(yōu)于當前的視觸覺感知技術(shù)，并在綜合性能方面得到提升。

這一基于柔性光柵結(jié)構(gòu)色的觸覺感知方法展現(xiàn)了優(yōu)異的可拓展適用性。該團隊基于核心組件的模塊化設(shè)計，進一步開發(fā)了面向三種典型場景應(yīng)用的傳感器原型：一款高靈敏度振動傳感器，能夠精準檢測低頻振動信號；一款仿生觸須傳感器，能夠靈敏感知低頻振動和氣流擾動；一套具備環(huán)向三維接觸感知能力的內(nèi)窺鏡觸覺傳感系統(tǒng)。

進一步，實驗驗證了這一觸覺感知方法在機器人感知、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療器械等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，為智能感知技術(shù)發(fā)展提供了新的研究思路和技術(shù)途徑。

4、《Nature Aging》丨破解衰老T細胞抗腫瘤難題，泛素連接酶成關(guān)鍵

衰老抑制CD8+?T細胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫模式圖

伴隨著衰老過程，人類患癌癥風險上升。普遍認為，個體衰老進程導(dǎo)致DNA損傷和原癌基因激活，進而誘導(dǎo)細胞發(fā)生癌前病變。有研究提出，免疫衰老是衰老個體共有的生理現(xiàn)象。免疫衰老是伴隨年齡增長出現(xiàn)的免疫系統(tǒng)的退行性改變，是導(dǎo)致個體“免疫力”下降進而誘發(fā)包括腫瘤等疾病的關(guān)鍵原因。其中，T細胞是機體重要的免疫細胞之一，尤其是CD8+?T細胞作為抗腫瘤免疫的一線細胞，在識別抗原后能夠直接殺傷腫瘤細胞，在腫瘤免疫治療中發(fā)揮調(diào)控作用。而衰老如何影響CD8+?T細胞的功能及其介導(dǎo)的抗腫瘤效應(yīng)機制尚不明確。

中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所肖意傳研究組通過比較年輕和衰老個體來源的CD8+ T細胞在Rag1-/-小鼠體內(nèi)誘導(dǎo)皮下腫瘤后的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)衰老組的CD8+ T細胞向組織駐留記憶T細胞（TRM）分化能力減弱。進一步研究發(fā)現(xiàn)，老年個體CD8+ T細胞中E3泛素連接酶BFAR的高表達抑制了TRM細胞的生成，影響了抗腫瘤免疫反應(yīng)。機制上，BFAR通過泛素化激活去泛素化酶USP39，后者對JAK2的去泛素化作用抑制了JAK-STAT信號通路，從而減少了TRM細胞的分化。特異性敲除BFAR或使用小分子抑制劑iBFAR2能恢復(fù)CD8+ T細胞向TRM的分化，增強抗腫瘤免疫，并提高PD-1抗體治療效果。這為改善老年人抗腫瘤免疫及PD-1抗體不響應(yīng)患者的治療提供了新策略。

這一研究揭示了衰老影響機體CD8+?T細胞抗腫瘤免疫反應(yīng)的作用和分子機理，對衰老個體和PD-1抗體治療不響應(yīng)患者的腫瘤免疫防御能力缺陷的機制研究作了補充。BFAR作為衰老調(diào)控的關(guān)鍵靶點，提示其對臨床老年患者腫瘤免疫治療具有重要意義。

5、《Angewandte Chemie International Edition》丨新型三維框架，鋰金屬電池性能飛躍

科學家發(fā)展出新型三維共價有機框架?助力實現(xiàn)高性能鋰金屬電池

鋰（Li）金屬具有極高的理論比容量和低電化學電位，被廣泛用作高能量密度電池的負極材料。鋰枝晶的不可控生長和循環(huán)充放電過程中活性鋰的持續(xù)消耗，導(dǎo)致鋰金屬電池庫侖效率低、循環(huán)壽命短。在鋰負極上構(gòu)建人工固態(tài)電解質(zhì)中間相，是抑制鋰枝晶形成并提高循環(huán)性能的策略。三維共價有機框架具有沿3D方向延伸的框架，避免了層間π-π堆疊相互作用。而由于親鋰基團的多樣性和密度不足，電池表現(xiàn)出較差的動力學性能。因此，構(gòu)建具有致密親鋰基團的三維共價有機框架以實現(xiàn)均勻的鋰吸附和沉積仍是挑戰(zhàn)，或為追求高性能鋰金屬電池提供新思路。

中國科學院上海高等研究院研究員曾高峰和副研究員徐慶等，開發(fā)了新型三維共價有機框架作為鋰金屬電池的負極保護層。這一框架具有高密度的鋰親和位點，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的鋰沉積行為調(diào)控。

該研究通過[6+4]合成策略，利用6連接的環(huán)三磷腈衍生物醛和4連接的卟啉基四苯基胺合成了新型磷腈三維共價有機框架。結(jié)構(gòu)中的磷腈環(huán)和卟啉環(huán)作為電子豐富和親鋰位點，提高了三維方向上均勻的Li+通量，實現(xiàn)了高度平滑和致密的Li沉積。該電極涂層提高了Li/Por-PN-COF-Cu電池的庫侖效率，促進了快速的Li+傳輸，使LiFePO4全電池即使在5 C的嚴苛速率下也能夠穩(wěn)定進行剝離/沉積過程。理論計算揭示了Li+與COF之間的強相互作用，利于Li+脫溶劑化，加快其反應(yīng)動力學；同時，較低遷移勢能表明Li+離子與π電子系統(tǒng)之間存在有利的相互作用。

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