在生物医学诊断与远程监控领域，“看清”微小目标始终是技术追求的核心。医生需要清晰观测体内微米级病变，科研人员渴望捕捉百米外目标细节，工业检测需识别远距离微小缺陷。然而，传统成像技术受限于分辨率与成像距离的矛盾：显微镜高分辨却只能近场工作，望远镜能远观却分辨率低下。

国防科技大学团队研发的“中继投影显微望远镜技术（rPMT）”打破了这一困境。该技术通过非视线光收集与创新算法，仅用激光、相机和漫反射屏，实现厘米到百米级距离的微米级分辨率成像，甚至穿透散射介质。

研究背景与技术挑战
分辨率与距离之困
光学成像受阿贝衍射极限制约，分辨率与镜头孔径正相关，与成像距离负相关。传统显微镜依赖大孔径实现高分辨率（亚微米级），但工作距离仅毫米级；望远镜通过长焦距扩大观测范围，分辨率却随距离下降（如25mm镜头在10米处分辨率仅560μm）。这种矛盾在生物医学（活体组织成像）与遥感（远距离目标监测）中尤为突出：前者需穿透厘米级组织分辨细胞，后者需百米外识别小型目标，现有技术难以兼顾。

技术创新与应用
核心原理
中继投影显微望远镜技术（rPMT）颠覆传统“直接成像”模式，采用“中继投影-间接采集”架构：

空间功率谱投影：激光照射目标，其光场的空间功率谱（SPS）经漫反射屏转换为强度图案，高频细节（目标纹理）在屏上分离放大。

单次曝光采集：相机聚焦中继屏，捕获包含目标全局信息的SPS图像，无需与目标视线对齐，支持非视线成像。

非线性相位恢复：专属NCPP算法从单帧SPS图像恢复目标振幅与相位，利用低信噪比高频分量，克服传统算法对强信号的依赖。

宽范围适应：显微与望远无缝切换
同一设备可实现跨尺度成像：1米外分辨2.76μm线条（超越显微镜近场限制），96米外识别2cm手写字符，还能透过26米散射介质重建目标，满足生物医学（细胞观测）与遥感（远距离监测）的双重需求。

极简架构：无标记、无扫描、低复杂度
无需荧光标记、波前调制或扫描，仅需激光、中继屏、相机。
无标记成像：适用于活体组织、文物等禁止标记场景；
动态适应性：单次曝光捕获动态目标，配合高速相机实现74fps实时重建；
环境鲁棒性：漫反射屏降低环境光干扰，普通相机即可应用。

遥感监测：远距离目标清晰可见
26.4米处分辨22.10μm线条（相当于看清10层楼高地面的硬币纹路），96米外重建“知秋”字样（结构相似度>0.95），可应用于电力巡检（毫米级裂纹识别）、边境监控（人员装备细节分辨）。

散射介质穿透：复杂环境突围
26米距离穿透毛玻璃，分辨率达50μm，较传统散射成像技术提升10倍以上，为术中组织定位、雾霾天气监控提供解决方案。

成像实验与结果分析
近距离显微成像实验
在近距离的显微成像实验中，通过rPMT系统，成功从单次拍摄的空间功率谱图像中重建出了物体的高分辨率图像，分辨出了线宽为2.76微米的线对，这一分辨率远远超出了传统25毫米口径相机镜头在该距离下的阿贝衍射极限，实现了7.9倍的分辨率提升。这表明rPMT技术在显微成像领域具有极高的性能，能够满足生物医学研究中对细胞等微观结构的精细观测需求。此外，实验还测试了rPMT对于复杂数值振幅目标的成像能力，rPMT同样精准地重建出了该复杂目标的图像，证明了其在处理复杂结构目标时的有效性。对于相位物体的成像实验，结果显示，rPMT技术能够以高分辨率忠实地重建出相位物体的图像，进一步展示了其在生物医学成像中对细胞等具有相位特征的透明物体的成像潜力。

总结与展望
中继投影显微望远成像技术（rPMT）以其创新的非直射光收集和中继投影机制，突破了传统成像技术中空间分辨率与成像距离难以兼得的瓶颈，实现了从显微到望远的超宽距离范围内的微米级高分辨率成像。这一技术在生物医学领域为活体动态成像和无标记细胞观测提供了全新解决方案，推动医学诊断向更精准、实时的方向发展；在遥感监测中，它能够实现远距离小型目标的精准探测，为军事侦察、环境监测等任务提供强大支持。

此外，rPMT技术在散射介质成像方面的潜力，进一步拓展了其应用场景。尽管rPMT仍处于发展阶段，但随着高灵敏度成像传感器、高功率脉冲激光和高性能漫反射屏幕等关键设备的不断进步，其分辨率、成像距离和速度有望进一步提升。未来，rPMT技术将在更多领域发挥重要作用，如手术显微镜辅助、工业检测和航空航天监测等，为人类探索微观与宏观世界提供更多可能，推动科研、医疗和工业等领域的发展迈向新高度。

DOI:10.1038/s41377-025-01800-6.