该研究由Yan Huang、Corey Zheng、Zijun Gao、Wenhao Liu、Shu Jia 共同完成，论文题为《Foveated light-field compound imager》，于2026年6月发表于学术期刊《Science Advances》。

重要发现
01混合仿生光学架构的设计原理
FOLIC 系统采用多孔径凹眼光学结构，同时借鉴了节肢动物复眼的模块化小眼布局与脊椎动物凹面腔室眼的轴上高锐度聚焦特性。不同于传统的平面或凸面透镜阵列，凹面构型可有效降低近距离离轴像差，提升像素的空间 - 角度分辨利用率；微透镜以六边形密排方式排布，保证径向对称性与光子收集效率，所有透镜的光轴交汇于共同成像区域，在中央区域形成对称的角度采样，为高分辨率体积重建提供光学基础。

仿生融合成像相机（FOLIC）的原理

为解决曲面微透镜在平面传感器上的离焦适配问题，每个微透镜均采用定制化的对数轴锥面轮廓，可产生近似无衍射的扩展焦深，同时保持横向与轴向强度分布均匀，确保所有子透镜的成像在平面传感器上均可保持清晰，实现凹面光波前到平面探测器件的无缝适配。系统整体采用通用商用元器件与3D 打印技术组装，整体尺寸仅数厘米，结构高度紧凑，核心光学组件体积极小，且底层设计具备可扩展性，可根据不同成像场景的需求调整参数。

FOLIC系统的表征

重建后的成像视野天然划分为三个功能明确的区域。最外层的外周区由单个或少量透镜覆盖，可提供直径最大约2 毫米的广域二维成像，主要提供场景空间背景信息，不具备体积重构能力；中间的过渡区存在透镜视野交叠，具备中等角度视差，可在直径约 1 毫米的范围内实现基础三维重建；中心的中央凹区汇聚所有透镜的采样信息，角度采样密度最高，可在直径约 600 微米的范围内实现高精度、高对比度的高分辨率体积重建。三个区域无缝衔接，在同一成像平台上同时实现广域二维视野、梯度深度感知与靶向高分辨三维成像。系统采用端到端的光场重建流程，包含孔径分割、深度依赖位移校正、强度校正、伪影抑制与深度缩放五个步骤，最终生成多区域融合的三维成像结果。

具有扩展深度和单细胞分辨率的FOLIC

针对厚度2 毫米的水凝胶包埋活细胞样本，FOLIC 通过 7 路子图像单次采集即可完成体积成像，单帧体积采集时间约 100 毫秒。得益于对数微透镜的扩展焦深设计，系统可清晰捕捉传统宽场显微镜下因景深限制无法观测的离焦细胞，可检测的细胞深度范围达 1.6 毫米，相较于常规低倍物镜约 40 微米的景深，提升幅度接近 40 倍；重建结果可分辨 12 至 17 微米的细胞结构，中央凹区的三维重建精度显著高于周边过渡区。

在组织与小型生物样本成像中，FOLIC 可对小鼠肾脏冷冻切片进行毫米级视场成像，同时在中央凹区分辨小于 10 微米的肾小管与肾小球精细结构，可兼顾高通量筛查与靶向细节观测。针对非荧光的小型昆虫样本，系统在专业白光光源与日常移动设备手电筒两种照明条件下均可完成明场体积成像，可分辨数十微米级的肢体节段结构，跨多个焦平面实现解剖特征的三维重构，展现出对不同成像环境的强适配能力。

组织切片和昆虫标本的宽视场与3D中心凹成像

创新与亮点
该研究突破了传统人工视觉系统在空间分辨率、视场范围与深度感知三者间的固有性能权衡，解决了此前仿生成像系统普遍存在的架构单一、应用场景集中于宏观领域的问题，填补了细胞与组织尺度紧凑型仿生显微成像的技术空白。

研究首次将复眼的广角度覆盖能力与腔室眼的高空间锐度特性整合于统一的凹面多孔径架构中，通过对数轴锥微透镜设计实现大深度范围的全焦面成像，依托光场重建机制在单次拍摄中自然形成三级功能分区，无需机械扫描即可完成从广域背景到单细胞精度的三维体积成像。

该技术在生物医学领域具备明确的应用价值：紧凑轻量化的结构可支撑现场可部署式显微诊断，适配低资源环境下的生物样本筛查；同时具备的广域筛查与靶向高分辨观测能力，可应用于组织图谱绘制、细胞表型分析、厚样本快速检测等场景，为生物医学研究与床旁诊断提供新的技术路径。

总结与展望
FOLIC 成像系统以生物视觉的演化规律为设计依据，通过混合仿生的凹面多孔径架构，在紧凑型器件上实现了宽视场、大景深与单细胞级分辨率三维成像的统一，在多种荧光与非荧光生物样本中验证了技术可行性与应用潜力。未来该架构可结合超构光学、柔性光电器件、传感内计算与深度学习重建技术进一步提升性能，拓展在复杂生物样本中的成像能力，为下一代人工视觉系统提供可拓展的设计蓝图。

doi: 10.1126/sciadv.aeb2738.