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(dāng)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(tuán)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(xué)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(jìn)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(xué)院研究團(tuán)隊進(jìn)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(dāng)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(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院張澤研究員團(tuán)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(tuán)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(dá)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(dāng)使用相機拍攝動態(tài)目標(biāo)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(xì)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(tuán)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(biāo)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(biāo)進(jìn)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所研究員司徒國海團(tuán)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(xué)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(tuán)隊進(jìn)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(tuán)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(xué)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(xì)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。現(xiàn)有的視觸覺傳感器依賴幾何光學(xué)信息或標(biāo)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(xué)技術(shù)大學(xué)副教授董二寶課題組聯(lián)合香港城市大學(xué)副教授于欣格團(tuán)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(xué)習(xí)算法進(jìn)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(dāng)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(tuán)隊基于核心組件的模塊化設(shè)計，進(jìn)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(zhǔn)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(jìn)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(xì)胞抗腫瘤難題，泛素連接酶成關(guān)鍵

衰老抑制CD8+?T細(xì)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(fēng)險上升。普遍認(rèn)為，個體衰老進(jìn)程導(dǎo)致DNA損傷和原癌基因激活，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)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(jìn)而誘發(fā)包括腫瘤等疾病的關(guān)鍵原因。其中，T細(xì)胞是機體重要的免疫細(xì)胞之一，尤其是CD8+?T細(xì)胞作為抗腫瘤免疫的一線細(xì)胞，在識別抗原后能夠直接殺傷腫瘤細(xì)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(xì)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(xué)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(xì)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(xì)胞向組織駐留記憶T細(xì)胞（TRM）分化能力減弱。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，老年個體CD8+ T細(xì)胞中E3泛素連接酶BFAR的高表達(dá)抑制了TRM細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(xué)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(xué)電位，被廣泛用作高能量密度電池的負(fù)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(fù)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(tuán)的多樣性和密度不足，電池表現(xiàn)出較差的動力學(xué)性能。因此，構(gòu)建具有致密親鋰基團(tuán)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(xué)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(fù)極保護(hù)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(jìn)了快速的Li+傳輸，使LiFePO4全電池即使在5 C的嚴(yán)苛速率下也能夠穩(wěn)定進(jìn)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(xué)；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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