作为观察微观世界不可或缺的工具，光学显微镜已经推动了包括生物、医学、物理和材料等各个领域的发展。然而，光学衍射给光学显微镜带来了空间分辨率的限制，这阻碍了对更精细结构的探索。

为了克服分辨率的限制，各种基于不同原理的超分辨率显微镜技术已经被提出。然而，这些技术通常是以降低成像速度为代价来获得超分辨率的，因此实现高速超分辨率成像，以检测精细结构的快速动态变化，仍然是一个巨大的挑战。

最近，来自华东师范大学、深圳大学和北京大学的一个研究小组解决了空间分辨率和成像速度之间的矛盾。正如《先进光子学》杂志所报道的，他们通过开发一种被称为时间压缩超分辨率显微镜（TCSRM）的有效技术实现了高速超分辨率。TCSRM融合了增强的时间压缩显微镜和基于深度学习的超分辨率图像重建。

增强型时间压缩显微镜通过从一个压缩图像中重建多个图像来提高成像速度，而基于深度学习的图像重建在不降低成像速度的情况下实现了超分辨率效果。他们的迭代图像重建算法包含运动估计、合并估计、场景校正和超分辨率处理，从压缩和参考测量中提取超分辨率图像序列。

他们的研究在理论和实验中验证了TCSRM的高速超分辨率成像能力。为了证明TCSRM的成像能力，他们对微通道中流动的荧光珠进行了成像，实现了每秒1200帧的显著帧率和100纳米的空间分辨率。

据通讯作者、华东师范大学精密光谱学国家重点实验室教授兼副主任张世安说："这项工作为观察精细结构的高速动态提供了一个强有力的工具，特别是在水力学和生物医学领域，如微流速度测量、细胞器相互作用、细胞内转运和神经动力学。"

Zhang补充说："TCSRM的框架还可以为在全息术、相干衍射成像和边缘投影轮廓测量中实现更高的成像速度和空间分辨率提供指导。"

更多信息：Yilin He等人，帧率为每秒1200帧、空间分辨率为100纳米的时间压缩超分辨率显微镜，Advanced Photonics（2023）。doi: 10.1117/1.ap.5.2.026003