新一代同步辐射光源和X射线自由电子激光等先进光源装置将成像实验的时间和空间分辨率推向新的极限，使得跨尺度、多模态、原位动态化的样品表征成为可能。尽管表征能力的提升将极大地推动前沿科学研究，但是，实验站将面临随之而来的海量图像处理需求的严峻挑战。据估计，我国正在建设的高能同步辐射光源（HEPS）与硬X射线自由电子激光装置（SHINE）等先进光源的年数据通量将正式步入「Exascale」时代。由于数据维度和模态的增加，跨尺度与多功能成像实验中图像相关性分析、融合和分割的复杂度急剧增加；原位动态实验对高性能的图像降噪与信号增强算法的开发需求也将日益增长；数据量的爆发性增长迫切需要高效的在线数据约简方法，以缓解给存储和计算端带来的压力。

为了迎接上述挑战，使图像数据处理不再成为先进光源实验的桎梏，团队对先进光源、神经科学、冷冻电镜、自动驾驶等多种数据密集型的研究领域所用到的前沿图像处理手段进行了调研与综述。文章从快速动态实验在线特征提取、多模态成像数据融合、降噪与信号增强等典型需求出发，对传统图像处理手段与人工智能在先进光源实验图像数据处理的应用前景进行了比较和论述。文章最终提到，前沿图像处理算法与新一代大装置数据采集与分析软件框架相结合是解决光源海量图像数据处理挑战的最佳途径。

本文的通讯作者为董宇辉研究员，「十三五」国家重大科技基础设施「高能同步辐射光源」常务副总指挥，负责科学目标确定、光束线站建设和技术研发。HEPS于2025年建成后将成为世界上最亮的同步辐射光源之一，它将与世界上正在运行的美国的APS、欧洲的ESRF、日本的SPring-8、德国的Petra-III(及其升级工程) 一起，构成世界五大高能同步辐射光源。HEPS 将为材料科学、化学工程、能源环境、生物医学、航空航天等众多基础和工程科学研究领域提供先进的实验平台，为我国在与经济社会发展及工业核心需求相关的战略性研究领域取得突破性创新，提供强有力的支撑。

图1 HEPS光源建设情况(a)（HEPS工程办 袁广摄）及效果示意图(b)。该光源于2019年6月启动开工建设

在提升光源硬件水平的同时，科学软件体系的竞争已成为国内外先进装置科研活动角逐的焦点之一。作为中国第一台第四代同步辐射光源，HEPS在建设之初就率先在国内进行了相关部署，启动了面向下一代先进光源类大装置软件框架与生态体系研制项目。目前，由HEPS光束线软件团队负责的大型实验控制与数据采集软件框架（Mamba）、高能所计算中心负责的高性能在线数据分析软件框架（Daisy）及科学数据管理软件框架等项目研制取得了突出进展，与美国能源部旗下五大光源设施联合启动的「Data Solution Task Force」、欧盟第七框架计划资助的PaNdata「光子和中子数据基础设施」等项目进展保持同步，未来将形成自主可控的贯穿实验全生命周期的先进光源软件框架与生态体系，有望解决我国先进光源大科学装置领域对国外软件框架和系统的高度依赖，推动我国本领域科学软件发展，培养一支有国际竞争力的人才队伍。

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