人工智能推动成像技术逼近物理极限AI Pushes Imaging to the Absolute Brink of Physical Limits

环球医讯 / AI与医疗健康来源:scitechdaily.com奥地利 - 英语2025-08-13 11:34:24 - 阅读时长2分钟 - 766字
维也纳工业大学、格拉斯哥大学和格勒诺布尔大学的研究团队通过人工智能算法突破光学成像物理极限,在医学诊断、材料研究等领域实现重大进展。该研究通过分析混沌光模式,证明神经网络精度仅比理论极限低0.5%,揭示了生物组织深层信息恢复的物理边界。
人工智能光学成像物理极限医学影像生物组织信息损失无模型估计Cramér-Rao下限超分辨率成像临床验证信息论物理约束
人工智能推动成像技术逼近物理极限

推算依据说明

文章主要涉及维也纳工业大学(奥地利)、格勒诺布尔大学(法国)、格拉斯哥大学(英国)的联合研究,主要研究机构位于奥地利。文献引用显示该成果发表于2025年5月28日的《自然光子学》,结合网页发布时间2025年8月2日,采用论文发表日期作为基准时间。

研究突破

维也纳工业大学理论物理研究所Stefan Rotter教授团队联合国际研究团队,首次在实验中验证人工智能算法可逼近光学成像的物理极限。该研究通过建立费雪信息量(Fisher information)理论模型,计算出光学信号中未知参数(如物体位置)的理论精度上限,并设计神经网络进行验证。

实验设计

法国格勒诺布尔大学Dorian Bouchet团队与英国格拉斯哥大学Daniele Faccio团队合作,搭建了包含浑浊液体介质的实验平台。激光照射反射物体后,记录下高度扭曲的光斑图案。通过改变介质浑浊度模拟不同测量环境,训练神经网络识别物体位置与光斑模式的关联性。

核心发现

  1. 物理极限验证:神经网络定位精度比理论极限仅低0.5%,证明AI算法已接近量子力学原理限定的测量极限
  2. 信息恢复边界:生物组织散射导致的信息损失存在物理边界,该边界可通过费雪信息量精确量化
  3. 技术应用潜力:在医学影像、量子技术、材料科学等领域具有广泛应用前景,维也纳团队正与应用物理学和医学机构合作推进临床验证

理论创新

研究团队提出"无模型估计Cramér-Rao下限"方法,为复杂介质中的超分辨率成像提供了全新理论框架。该方法突破了传统光学成像的衍射极限,使定位精度达到亚波长级别。

学术价值

该研究首次在实验中验证了信息论在光学测量中的物理约束,为人工智能辅助成像技术建立了理论基准。论文发表于《自然光子学》,标志着光学测量精度研究进入新阶段。

【全文结束】

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