光场显微镜 (Light Field Microscope)
光场 (Light Field)
光场显微镜 (Light Field Microscope)是Wen Lab的鱼组为研究斑马鱼而亲手做的仪器。
光场 (Light Field)这词，和电场(Electric Field)、磁场(Magnetic Field)很容易混淆。
电场和磁场无非是$\vec{E}(\vec{r},t)$, $\vec{B}(\vec{r},t)$，两个从$R^4$到$R^3$的映射(map)而已。
光、电磁波，从波动光学/经典场论/经典电动力学的角度看，都是由$\vec{E}(\vec{r},t)$和$\vec{B}(\vec{r},t)$组成的东西而已。（PS：由于麦克斯韦电方程组施加了约束，不需要6个独立分量，只需要4个，就可以确定一个电磁波）
但是，对于拍摄细胞团、神经系统而言，这样有些复杂了，因为我们通常不需要考虑衍射。我们打出去的光不是相干光，我们要拍的东西也没有到衍射极限（人类的红细胞直径大约为6000-8000 nm）。于是，我们用几何光学就可以。
几何光学中，光线依然符合叠加原理和独立传播原理，于是乎，我们可以用下面的5元函数表示在某一点的光的性质
$$
L(x,y,z,\theta,\phi)
$$
这个5元函数就被称为光场（Light Field）！
当然，你也可以在其中加入更多的信息
$$
L(x,y,z,\theta,\phi,t,\lambda,\psi)
$$
Where $\psi$ stands for the polarization angle.
光场显微镜 (Light Field Microscope)
能捕捉每一点的光场的显微镜就被称为光场显微镜 (Light Field Microscope)
光场显微镜的原理如图：
通过从不同角度拍摄，可以重构出三维信息。所谓的重构，和初中和高中玩的三视图其实是一模一样的东西啦。
通常，拍下来的二维图片，称之为frame；重构后的三维东西，称之为volume。
Wen Lab
鱼组的光场显微镜，每秒能拍100个volume，每个volume包含27个frame。即，frame per second = 2700。
聪明的你应该已经意识到了，我们有27个相机，从不同的角度拍摄。
具体地说，27个相机分成2组，1组13个，1组14个，两组在z轴上有2个焦点，每组的焦平面绕焦点转动。即，换句话说，在焦点1，13个相机从不同的角度拍，在焦点2，另外14个相机从不同的角度拍。
最后，鱼组得到了重构后的体帧。体帧，说白了就是，600·600·300个小正方体。
可视化
得到每一个体帧之后，如何进行可视化呢？要知道，可视化三维的东西是很难的，我们总不能为了这个专门编写一个3D游戏吧。
一种方法是，采用三视图来表示一个体帧。即，用3个二维平面帧来表示1个三维体帧。
那么用哪个平面作为代表呢？
鱼组采用了所谓的Max Intensity Projection，即，对每个体帧，算出其在x, y, z三个方向上的亮度最大的平面帧，作为代表。
当然，也可以用Mean Intensity Projection或Medium Intensity Projection。