LED不光能用來照明，還能給細胞“染色”？

由於生物細胞通常是無色透明的，它對光沒有太大的吸收，導致它在傳統光學顯微鏡下的對比度非常低，但是由於它內部結構存在差異導致它的折射率分佈是不均勻的，從而光在經過細胞不同位置時存在光程差異，這部分資訊稱為相位資訊。

由於當前的傳統相機只能記錄強度資訊，相位資訊不可避免地丟失掉了。反過來，得益於相位（深度）資訊的缺失，在宏觀上我們也可以利用這一性質實現手捧太陽等效果，術語稱為“透視攝影”。

依次為透視攝影的兩個示例，無色透明細胞傳統成像示例和像襯後的相位成像結果

對於無色透明生物細胞，可以想到，最為直接的觀察方法是對樣品進行染色，形成足夠大的對比度或產生不同的光譜，從而達到成像目的，包括使用化學染料或者熒游標記。譬如在中學時，我們都在顯微鏡下觀察過洋蔥表皮細胞，就是使用的品紅染料。

洋蔥表皮染色後成像結果

熒光染色示例

為什麼要用LED照明，大家都知道LED比較節能。但實際上LED還有一個很好的效果，它能夠通過幾個簡單的基色就能將顏色混得更為豐富，創造出五彩繽紛的世界。

LED元件示意圖

LED創造五彩繽紛世界示例

近日，中國科學院西安光學精密機械研究所馬彩文研究員、姚保利研究員、潘安副研究員團隊就提出一種用LED照明的基於彩色傳遞的快速全綵色顯微成像方法，簡稱CFPM，使得彩色化效率相比於傳統方法實現飛躍。7月27日，該成果以封面文章線上刊發於SCIENCE CHINA Physis, Mechanics & Astronomy2021年第11期。

封面論文

我們都知道，有很多經典的老照片，受限於過去的技術，只能以黑白的形式傳世。儘管黑白照片別有一番風味，但是彩色照片有時候能給人更強的代入感。這種給照片新增不同濾鏡上色的方法，術語稱為顏色匹配。所謂顏色匹配，就是將施主影象的色調資訊傳遞到受主影象上，使得受主影象擁有與施主影象相同的“顏色風格”，進而也能使平常人“畫”出梵高風格的畫。

受這一思路啟發，彩色傳遞思想的獨特之處則是將原先R/G/B三通道變為兩通道模式——黑白亮度影象和彩色紋理資訊，將原先三通道里亮度(灰度)資訊與彩色紋理資訊相分離，透過用LED照明獲取低解析度彩色影象，並將其彩色資訊傳遞到高解析度黑白（灰度）的受主影象上，使得受主影象同時擁有高解析度和彩色紋理。

彩色傳遞思想。(a)顏色匹配: 傳遞色調資訊; (b)彩色傳遞: 傳遞彩色紋理資訊。