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精仪系由肖起榕副教授指导的本科生SRT项目《基于多模光纤散斑场的AI计算成像》（项目完成人：张艺玮、周怡冰，均来自未央-精11班）在清华大学2025年SRT计划评优中，获得优秀项目特等奖。

2025年度共有来自全校各院系推荐的77个SRT项目参评，经过专家函审、现场答辩及教务处审议，共有5个项目获得优秀项目特等奖，10个项目获得优秀项目一等奖，20个项目获得优秀项目二等奖。

1、项目背景

多模光纤凭借亚毫米级尺寸与超大模场容量，成为柔性内窥镜等精密设备的理想载体，但光在其内部传播时会因模式耦合形成复杂散斑场，导致原始空间信息严重混叠，难以直接解读。

图1 多模光纤输出散斑场的编码与解码示意图

2、项目成果

项目搭建了基于多模光纤模式传输的波分复用实验装置，实现三波长（R/G/B）并行传输，提出全连接网络快速重建+Pix2Pix-cGAN对抗优化双网络级联框架，结合图像融合技术，达成高保真彩色成像，解决传统技术信息容量低、成像质量差的痛点。

进一步，搭建800μm超细无透镜多模光纤散斑成像系统，发现散斑特征与目标距离的关联，利用VGG位移识别神经网络，实现10nm分辨率（准确率99.95%）、100nm分辨率（准确率100%）的非接触原位距离测量，且在铜、黄铜等4种金属材料及5cm/7.5cm/10cm光纤弯曲半径下均稳定生效，鲁棒性突出。此外，提出无透镜系统降采样方案，仅用9%散斑即可达到图像结构相似度为0.454的成像效果，仅用0.1%散斑时500nm分辨率距离测量准确率达91.6%，在减少计算量的同时，不影响核心检测精度。

图2 多模光纤模式传输的波分复用实验装置与彩色成像结果

图3 多模光纤原位纳米位移检测与微米级成像系统

依托本项目，周怡冰以共同第一作者（排名第一）在《Laser & Photonics Reviews》期刊发表题为《Multiplexing-Enhanced Computational Imaging: High-Fidelity Reconstruction and Color Imaging in Multimode Fibers》论文（ https://doi.org/10.1002/lpor.202501267 ）。张艺玮为共同第一作者（排名第二）、周怡冰为第三作者参与完成的论文《Deep learning and superoscillatory speckles empowered multimode fiber probe for in situ nano-displacement detection and micro-imaging》被《Nature Communications》接收待刊。

3、学生体会

张艺玮同学：

在老师和学长的指导下，我经历了大学以来第一次完整的科研训练。从一开始论文的阅读，成功复现了论文神经网络，提取创新想法。后来真正上手做实验，从发现问题、创建模型、仿真验证整个流程走下来，我感受到了科研工作的严谨和细致。每一个细节都需要反复推敲，每一个数据都需要反复验证。其中，对问题的不放过，钻研问题来源，是至关重要的一点。这次SRT经历让我积累了宝贵的经验，为我未来的科研道路奠定了坚实的基础。

图4 张艺玮同学

周怡冰同学：

多模光纤计算成像的SRT项目是我的科研起点。从最初对领域的陌生，到一步步吃透文献、潜心实验，我慢慢掌握了核心方法，并将创新的思路落地为具体的论文成果。记得在多波长成像的任务中，起初我只是扩展了原有系统，实现了一个基础演示，尽管完成了但创新不足。于是，我开始在细节中寻找突破口，针对原先网络的痛点，参考更先进的方法不断迭代优化，最终让实验效果迈上了新的台阶。我意识到科研并非线性的积累，它既有长久钻研却进展寥寥的无奈，也有厚积薄发后豁然开朗的惊喜。然而，只要不断地投入其中，从完成一个个小目标开始逐渐优化，成果将是过千百次打磨后的水到渠成。

图5 周怡冰同学

再次祝贺张艺玮、周怡冰同学！期待更多学子在科研的道路上，心有精诚，手致精微，探索未知的无限可能。