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Compressive fluorescence microscopy for biological and hyperspectral imaging

欠采样 高光谱成像 压缩传感 荧光显微镜 计算机科学 显微镜 冗余(工程) 像素 光学 显微镜 荧光 荧光寿命成像显微镜 数据采集 光学显微镜 材料科学 计算机视觉 人工智能 生物系统 物理 扫描电子显微镜 生物 操作系统
作者
Vincent Studer,J. Bobin,Makhlad Chahid,Hamed Mousavi,Emmanuel J. Candès,Maxime Dahan
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:109 (26) 被引量:372
标识
DOI:10.1073/pnas.1119511109
摘要

The mathematical theory of compressed sensing (CS) asserts that one can acquire signals from measurements whose rate is much lower than the total bandwidth. Whereas the CS theory is now well developed, challenges concerning hardware implementations of CS-based acquisition devices—especially in optics—have only started being addressed. This paper presents an implementation of compressive sensing in fluorescence microscopy and its applications to biomedical imaging. Our CS microscope combines a dynamic structured wide-field illumination and a fast and sensitive single-point fluorescence detection to enable reconstructions of images of fluorescent beads, cells, and tissues with undersampling ratios (between the number of pixels and number of measurements) up to 32. We further demonstrate a hyperspectral mode and record images with 128 spectral channels and undersampling ratios up to 64, illustrating the potential benefits of CS acquisition for higher-dimensional signals, which typically exhibits extreme redundancy. Altogether, our results emphasize the interest of CS schemes for acquisition at a significantly reduced rate and point to some remaining challenges for CS fluorescence microscopy.
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