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AI-driven Fourier Ptychography and Its Insight for“AI+Optics”(Invited)
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作者 PAN An WANG Aiye +4 位作者 FENG Tianci GAO Huiqin WANG Siyuan XU Jinghao LI Xuan 《光子学报》 北大核心 2025年第9期146-170,共25页
Fourier Ptychographic Microscopy(FPM)is a high-throughput computational optical imaging technology reported in 2013.It effectively breaks through the trade-off between high-resolution imaging and wide-field imaging.In... Fourier Ptychographic Microscopy(FPM)is a high-throughput computational optical imaging technology reported in 2013.It effectively breaks through the trade-off between high-resolution imaging and wide-field imaging.In recent years,it has been found that FPM is not only a tool to break through the trade-off between field of view and spatial resolution,but also a paradigm to break through those trade-off problems,thus attracting extensive attention.Compared with previous reviews,this review does not introduce its concept,basic principles,optical system and series of applications once again,but focuses on elaborating the three major difficulties faced by FPM technology in the process from“looking good”in the laboratory to“working well”in practical applications:mismatch between numerical model and physical reality,long reconstruction time and high computing power demand,and lack of multi-modal expansion.It introduces how to achieve key technological innovations in FPM through the dual drive of Artificial Intelligence(AI)and physics,including intelligent reconstruction algorithms introducing machine learning concepts,optical-algorithm co-design,fusion of frequency domain extrapolation methods and generative adversarial networks,multi-modal imaging schemes and data fusion enhancement,etc.,gradually solving the difficulties of FPM technology.Conversely,this review deeply considers the unique value of FPM technology in potentially feeding back to the development of“AI+optics”,such as providing AI benchmark tests under physical constraints,inspirations for the balance of computing power and bandwidth in miniaturized intelligent microscopes,and photoelectric hybrid architectures.Finally,it introduces the industrialization path and frontier directions of FPM technology,pointing out that with the promotion of the dual drive of AI and physics,it will generate a large number of industrial application case,and looks forward to the possibilities of future application scenarios and expansions,for instance,body fluid biopsy and point-of-care testing at the grassroots level represent the expansion of the growth market. 展开更多
关键词 Computational optical imaging Fourier ptychography Artificial Intelligence Highthroughput imaging Multimodal imaging
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Active polarization high-resolution imaging through complex scattering media
2
作者 Meng Xiang Xue Dong +6 位作者 Tianyu Wang Sen Wang Jingjing Ge Jinpeng Liu Qianqian Liu Fei Liu Xiaopeng Shao 《Advanced Photonics Nexus》 2025年第1期127-137,共11页
High-resolution seeing through complex scattering media such as turbid water,biological tissues,and mist is a significant challenge because the strong scattering scrambles the light paths and forms the scattering wall... High-resolution seeing through complex scattering media such as turbid water,biological tissues,and mist is a significant challenge because the strong scattering scrambles the light paths and forms the scattering wall.We propose an active polarized iterative optimization approach for high-resolution imaging through complex scattering media.By acquiring a series of sub-polarized images,we can capture the diverse pattern-illuminated images with various high-frequency component information caused by the Brownian motion of complex scattering materials,which are processed using the common-mode rejection of polarization characteristics to extract target information from scattering medium information.Following that,our computational reconstruction technique employs an iterative optimization algorithm that commences with patternilluminated Fourier ptychography for reconstructing the high-resolution scene.It is extremely important that our approach for high-resolution imaging through complex scattering media is not limited by priori information and optical memory effect.The proposed approach is suitable for not only dynamic but also static scattering media,which may find applications in the biomedicine field,such as skin abnormalities,non-invasive blood flow,and superficial tumors. 展开更多
关键词 complex scattering media iterative optimization POLARIZATION Fourier ptychography.
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孔径光阑在傅里叶叠层成像系统中的应用探讨
3
作者 赵洁 王大勇 王云新 《物理与工程》 2025年第3期201-207,共7页
孔径光阑是应用光学和物理光学中的一个重要知识点,决定了光学系统分辨率、成像亮度等性能。本文针对当前计算成像前沿的傅里叶叠层高分辨率成像系统,探讨了孔径光阑在显微系统以及远距离系统中的应用。首先,基于单薄透镜成像模型,给出... 孔径光阑是应用光学和物理光学中的一个重要知识点,决定了光学系统分辨率、成像亮度等性能。本文针对当前计算成像前沿的傅里叶叠层高分辨率成像系统,探讨了孔径光阑在显微系统以及远距离系统中的应用。首先,基于单薄透镜成像模型,给出了光瞳函数对应的物方和像方相干传递函数;其次,分析了在两类傅里叶叠层成像系统中孔径光阑的实际设置;最后,通过数值仿真和光学实验,验证了分别从物方和像方数据出发进行高分辨率图像重建的等效性。上述探讨加深了对孔径光阑概念及其在实际成像系统中应用的理解。 展开更多
关键词 孔径光阑 傅里叶叠层成像 传递函数 相干成像 数值孔径
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基于同步辐射的快速叠层成像研究进展
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作者 朱峰 戎路 常广才 《北京工业大学学报》 北大核心 2025年第11期1317-1340,共24页
同步辐射光源凭借其高亮度、高相干性等独特优势,在科研领域中取得了广泛的应用,在一众成像方法中,其与叠层成像技术的结合备受关注。叠层成像技术通过逐点交叠扫描的方式,采集样品的衍射图样,并利用冗余信息迭代重建样品的复振幅分布... 同步辐射光源凭借其高亮度、高相干性等独特优势,在科研领域中取得了广泛的应用,在一众成像方法中,其与叠层成像技术的结合备受关注。叠层成像技术通过逐点交叠扫描的方式,采集样品的衍射图样,并利用冗余信息迭代重建样品的复振幅分布。随着光学成像元件的不断发展和应用场景的拓展,目前已在扫描记录过程和重建算法领域发展出了多种快速叠层成像方法。该文概述了高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,HEPS)的进展及叠层成像的基本原理,并从飞行扫描技术、多光束扫描技术和深度学习重建算法3个方面具体介绍了同步辐射中快速叠层成像技术的最新研究进展。 展开更多
关键词 叠层成像 成像方法学 相干衍射成像 同步辐射光源 深度学习 相位复原
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基于图像信息熵的ptychography轴向距离误差校正 被引量:6
5
作者 窦健泰 高志山 +2 位作者 马骏 袁操今 杨忠明 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第16期107-115,共9页
在轴向距离参与运算的ptychography算法中,轴向距离误差会使重建图像变模糊并降低图像的分辨率.本文基于菲涅耳衍射理论建立了轴向距离误差模型,根据不同轴向距离误差对重构图像清晰度的影响,提出用图像信息熵确定图像最清晰时的轴向距... 在轴向距离参与运算的ptychography算法中,轴向距离误差会使重建图像变模糊并降低图像的分辨率.本文基于菲涅耳衍射理论建立了轴向距离误差模型,根据不同轴向距离误差对重构图像清晰度的影响,提出用图像信息熵确定图像最清晰时的轴向距离,并重建出清晰的ptychography图像.比较了图像能量变化、Tamura系数和图像信息熵这三种图像清晰度评价函数在轴向距离误差校正过程中的分布情况,发现它们均具有单峰性,且峰值确定的轴向距离相同.图像信息熵相比其他两种图像清晰度评价函数具有更高的灵敏性.仿真以及实验均证明了基于图像信息熵的ptychography轴向误差校正的可行性. 展开更多
关键词 ptychography 轴向距离误差 图像信息熵
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基于自相关与频谱叠层的超分辨成像
6
作者 李宗骏 张龙 龚文林 《物理学报》 北大核心 2025年第11期234-241,共8页
基于HBT(Hanbury Brown-Twiss)的二阶自相关技术在非相干源照明和近场探测的条件下可以获得目标的傅里叶频谱信息,然而获取高质量的频谱图像所需的测量次数较多,且成像分辨率受到探测器的像素规模的限制.为了解决上述问题,本文结合多点... 基于HBT(Hanbury Brown-Twiss)的二阶自相关技术在非相干源照明和近场探测的条件下可以获得目标的傅里叶频谱信息,然而获取高质量的频谱图像所需的测量次数较多,且成像分辨率受到探测器的像素规模的限制.为了解决上述问题,本文结合多点并行关联重建算法和叠层成像的思想,提出了一种基于自相关和频谱叠层的超分辨成像方法.通过多点并行关联重建算法获取目标的不同频率信息,在此基础上,利用傅里叶变换的移频特性和叠层成像的思想实现频谱信息的扩展,进而采用相位恢复算法重建目标的实空间图像.理论分析和实验结果表明,该方法在相同探测器像素规模的条件下可以实现2倍的超分辨率成像,同时可以降低高质量频谱图像重建所需的测量次数.该方法对于超分辨显微成像和高分辨运动目标成像具有重要的借鉴意义. 展开更多
关键词 超分辨率成像 自相关 频谱叠层 相位恢复算法
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部分相干条件下的弱散射样品ptychography iterative engine成像
7
作者 余伟 田晓琳 +3 位作者 何小亮 高淑梅 刘诚 朱健强 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第18期258-265,共8页
分析了照明相干性对ptychography iterative engine(PIE)成像技术的影响机理,指出利用零级衍射光范围内的衍射斑进行图像重建,可以避免由于部分相干性所引入的矛盾因素,并大幅度提高再现像质量,但再现像的对比度会明显降低.而采用散射... 分析了照明相干性对ptychography iterative engine(PIE)成像技术的影响机理,指出利用零级衍射光范围内的衍射斑进行图像重建,可以避免由于部分相干性所引入的矛盾因素,并大幅度提高再现像质量,但再现像的对比度会明显降低.而采用散射斑强度的高次方进行图像重建时,相位的倍增作用可使相干性不足所引起的对比度降低大部分得以弥补,从而大大降低PIE技术对光源相干性的依赖并拓展其可应用范围. 展开更多
关键词 ptychography ITERATIVE engine技术 部分相干照明 弱散射样品
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Soft X-ray ptychography method at SSRF 被引量:3
8
作者 Chun-Peng Wang Zi-Jian Xu +2 位作者 Hai-Gang Liu Xulei Tao Ren-Zhong Tai 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE CAS CSCD 2017年第6期86-94,共9页
Ptychography is a diffraction-based X-ray microscopy technique in which an extended sample is scanned by a coherent beam with overlapped illuminated areas and complex transmission function of the sample is obtained by... Ptychography is a diffraction-based X-ray microscopy technique in which an extended sample is scanned by a coherent beam with overlapped illuminated areas and complex transmission function of the sample is obtained by applying iterative phase retrieval algorithms to the diffraction patterns recorded at each scanned position.It permits quantitatively imaging of non-crystalline specimens at a resolution limited only by the X-ray wavelength and the maximal scattering angle detected.In this paper,the development of soft X-ray ptychography method at the BL08U1 A beamline of Shanghai Synchrotron Radiation Facility is presented.The experimental setup,experimental parameters selection criteria,and post-experimental data analyzing procedures are presented in detail with a prospect of high-resolution image reconstruction in real time.The performance of this newly implemented method is demonstrated through the measurements of a resolution test pattern and two real samples:Pt-Co alloy nanoparticles and a breast cancer cell.The results indicate that strong scattering specimens can be reconstructed to sub-20 nm resolution,while a sub-25 nm resolution for biological specimens can be achieved. 展开更多
关键词 ptychography COHERENT DIFFRACTION imaging X-ray MICROSCOPY Phase RETRIEVAL
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Optical Transfer Function Reconstruction in Incoherent Fourier Ptychography 被引量:1
9
作者 谢宗良 亓波 +5 位作者 马浩统 任戈 谭玉凤 贺璧 曾恒亮 江川 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2016年第4期48-51,共4页
An optical transfer function (OTF) reconstruction model is first embedded into incoherent Fourier ptychography (IFP). The leading result is a proposed algorithm that can recover both the super-resolution image and... An optical transfer function (OTF) reconstruction model is first embedded into incoherent Fourier ptychography (IFP). The leading result is a proposed algorithm that can recover both the super-resolution image and the OTF of an imaging system with unknown aberrations simultaneously. This model overcomes the difficult problem of OTF estimation that the previous IFP faces. The effectiveness of this algorithm is demonstrated by numerical simulations, and the superior reconstruction is presented. We believe that the reported algorithm can extend the original IFP for more complex conditions and may provide a solution by using structured light for characterization of optical systems' aberrations. 展开更多
关键词 OTF IFP Optical Transfer Function Reconstruction in Incoherent Fourier ptychography of in
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计算偏振彩色傅里叶叠层成像:散射光场偏振特性的复用技术 被引量:2
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作者 相萌 何飘 +4 位作者 王天宇 袁琳 邓凯 刘飞 邵晓鹏 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期180-189,共10页
针对目前透过散射介质成像技术中宽谱导致目标信息被淹没于背景干扰中,且散射对波长的敏感性使得频谱信息混叠产生的色彩畸变严重,无法实现彩色超分辨率成像的问题,提出了基于散射光场偏振信息复用的计算偏振彩色傅里叶叠层成像技术.该... 针对目前透过散射介质成像技术中宽谱导致目标信息被淹没于背景干扰中,且散射对波长的敏感性使得频谱信息混叠产生的色彩畸变严重,无法实现彩色超分辨率成像的问题,提出了基于散射光场偏振信息复用的计算偏振彩色傅里叶叠层成像技术.该技术深入地分析散射场的强度及偏振分布特性,综合利用散射场中目标与背景干扰的偏振信息差异性和唯一性表征,结合光场的偏振共模抑制特性和偏振的波长相关性,分通道实现宽谱散射场中的背景干扰信息和目标信息的有效分离.此外,深度挖掘散射光场中频谱信息的差异性,利用傅里叶叠层技术实现散射光场频谱信息拼接,进而获得透过散射介质的彩色高分辨率成像效果.实验结果表明,该方法不仅能够实现透过散射介质的超分辨率重建,而且偏振信息的复用对于谱宽造成的信号混叠有明显的抑制作用,大幅提升了重建图像的信噪比和对比度,抑制了色彩畸变,在未来的透过散射介质成像具有良好的应用前景. 展开更多
关键词 散射 偏振 超分辨率 傅里叶叠层 计算成像
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Uncertainty-aware Fourier ptychography
11
作者 Ni Chen Yang Wu +3 位作者 Chao Tan Liangcai Cao Jun Wang Edmund Y.Lam 《Light(Science & Applications)》 2025年第9期2514-2529,共16页
Fourier ptychography(FP)offers both wide field-of-view and high-resolution holographic imaging,making it valuable for applications ranging from microscopy and X-ray imaging to remote sensing.However,its practical impl... Fourier ptychography(FP)offers both wide field-of-view and high-resolution holographic imaging,making it valuable for applications ranging from microscopy and X-ray imaging to remote sensing.However,its practical implementation remains challenging due to the requirement for precise numerical forward models that accurately represent real-world imaging systems.This sensitivity to model-reality mismatches makes FP vulnerable to physical uncertainties,including misalignment,optical element aberrations,and data quality limitations.Conventional approaches address these challenges through separate methods:manual calibration or digital correction for misalignment;pupil or probe reconstruction to mitigate aberrations;or data quality enhancement through exposure adjustments or high dynamic range(HDR)techniques.Critically,these methods cannot simultaneously address the interconnected uncertainties that collectively degrade imaging performance.We introduce Uncertainty-Aware FP(UA-FP),a comprehensive framework that simultaneously addresses multiple system uncertainties without requiring complex calibration and data collection procedures.Our approach develops a fully differentiable forward imaging model that incorporates deterministic uncertainties(misalignment and optical aberrations)as optimizable parameters,while leveraging differentiable optimization with domain-specific priors to address stochastic uncertainties(noise and data quality limitations).Experimental results demonstrate that UA-FP achieves superior reconstruction quality under challenging conditions.The method maintains robust performance with reduced sub-spectrum overlap requirements and retains high-quality reconstructions even with low bit sensor data.Beyond improving image reconstruction,our approach enhances system reconfigurability and extends FP's capabilities as a measurement tool suitable for operation in environments where precise alignment and calibration are impractical. 展开更多
关键词 uncertainty aware Fourier ptychography remote sensinghoweverits Fourier ptychography wide field view x ray imaging remote sensing fourier ptychography fp offers microscopy
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Latent-wavefront Fourier ptychography for stained tissue microscopy
12
作者 SHUHE ZHANG JIAYUN LI LIANGCAI CAO 《Photonics Research》 2025年第7期1893-1901,共9页
Fourier ptychographic microscopy(FPM)is a promising technique for achieving high-resolution and large fieldof-view imaging,which is particularly suitable for pathological applications,such as imaging hematoxylin and e... Fourier ptychographic microscopy(FPM)is a promising technique for achieving high-resolution and large fieldof-view imaging,which is particularly suitable for pathological applications,such as imaging hematoxylin and eosin(H&E)stained tissues with high space-bandwidth and reduced artifacts.However,current FPM implementations require either precise system calibration and high-quality raw data,or significant computational loads due to iterative algorithms,which limits the practicality of FPM in routine pathological examinations.In this work,latent wavefront denoting the unobservable exiting wave at the surface of the sensor is introduced.A latent wavefront physical model optimized with variational expectation maximization(VEM)is proposed to tackle the inverse problem of FPM.The VEM-FPM alternates between solving a non-convex optimization problem as the main task for the latent wavefront in the spatial domain and merging together their Fourier spectrum in the Fourier plane as an intermediate product by solving a convex closed-formed Fourier space optimization.The VEM-FPM approach enables a stitching-free,full-field reconstruction for Fourier ptychography over a 5.3 mm×5.3 mm field of view,using a 2.5×objective with a numerical aperture(NA)of 0.08.The synthetic aperture achieves a resolution equivalent to 0.53 NA at 532 nm wavelength.The execution speed of VEM-FPM is twice as fast as that of state-of-the-art feature-domain methods while maintaining comparable reconstruction quality. 展开更多
关键词 iterative algorithmswhich imaging hematoxylin latent wavefront Fourier ptychography fourier ptychographic microscopy fpm Fourier ptychographic microscopy stained tissue microscopy precise system calibration
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多波长同时照明的菲涅耳域非相干叠层衍射成像 被引量:6
13
作者 潘安 王东 +3 位作者 史祎诗 姚保利 马臻 韩洋 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期94-104,共11页
传统的叠层衍射成像往往采用单波长照明,即使使用多波长来提升恢复质量也是采用依次照明的方式,同时对相干性要求很高.非相干光照明一直被认为不利于衍射成像.本文提出了一种多波长同时照明的非相干叠层衍射成像方案及相应的多路复用叠... 传统的叠层衍射成像往往采用单波长照明,即使使用多波长来提升恢复质量也是采用依次照明的方式,同时对相干性要求很高.非相干光照明一直被认为不利于衍射成像.本文提出了一种多波长同时照明的非相干叠层衍射成像方案及相应的多路复用叠层衍射成像算法,并通过仿真和实验验证了该方案的可行性.相比于传统的相干叠层衍射成像方案,该方案不仅能够很好地恢复物像,同时也能够恢复不同波长下分别对应的物体的光谱响应、复振幅探针和光谱比例,从而获得更多的物体信息,具有多通道和多光谱的优势.同时,通过彩色图像编码的方式,能够实现物体的真彩色复原和图像质量的增强.此外,还证明了该算法具有很强的鲁棒性,研究了最多可分辨波长的数量.该研究结果为叠层衍射成像技术的信息多路复用及多光谱成像在更多领域的应用展现了可能性. 展开更多
关键词 非相干 叠层衍射成像 迭代算法 多波长
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厚样品三维叠层衍射成像的实验研究 被引量:5
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作者 潘安 张晓菲 +2 位作者 王彬 赵青 史祎诗 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期107-122,共16页
叠层衍射成像是一种新兴的无透镜成像技术,目前限制这项技术发展的是光束透过样品时的乘法近似假设,这意味着在可见光域微米级分辨率下,叠层衍射成像的样品厚度不能超过数十微米.通过将样品沿轴多层切片的方式,在模拟实验和光学实验中... 叠层衍射成像是一种新兴的无透镜成像技术,目前限制这项技术发展的是光束透过样品时的乘法近似假设,这意味着在可见光域微米级分辨率下,叠层衍射成像的样品厚度不能超过数十微米.通过将样品沿轴多层切片的方式,在模拟实验和光学实验中均实现了对毫米量级厚样品的三维叠层衍射成像.模拟实验结果表明,单波长并不能很好地恢复三维厚样品,从而有必要引入多波长光束照明,随着波长数量的增加,三维厚样品的复原质量不断提高.光学实验使用两组不同厚度的样品进行实验验证,进一步研究了波长数量对复原结果的影响.随着波长数量增加,复原图像质量不断提高,证明了模拟实验的结论.利用所建光学实验装置,在三波长照明条件下取得了最好的成像与分离效果.同时针对实验中出现的叠影现象做出了合理的解释.研究结果对提高厚样品三维叠层衍射成像的质量具有现实意义. 展开更多
关键词 厚样品 三维叠层衍射成像 迭代算法 多波长
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连续太赫兹波双物距叠层定量相衬成像 被引量:2
15
作者 王大勇 李兵 +3 位作者 戎路 赵洁 王云新 翟长超 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期292-301,共10页
针对连续太赫兹波叠层成像重建算法收敛较为迟滞的问题,提出一种连续太赫兹波双物距叠层成像方法及相关重建算法,使用不同记录距离形成的差异化衍射图幅值作为重建算法记录平面的约束条件,增加了记录平面数据多样性和衍射信息冗余度.仿... 针对连续太赫兹波叠层成像重建算法收敛较为迟滞的问题,提出一种连续太赫兹波双物距叠层成像方法及相关重建算法,使用不同记录距离形成的差异化衍射图幅值作为重建算法记录平面的约束条件,增加了记录平面数据多样性和衍射信息冗余度.仿真结果表明,本方法可以加快算法收敛速率,有效减少迭代次数,提高连续太赫兹波定量相衬成像计算效率.随后构建了基于2.52 THz光泵连续太赫兹激光器的双物距叠层成像实验装置,应用双物距记录方法及改进算法重建获得了聚丙烯基字母图案样品的幅值和相位分布,结果表明改进方法可以减少算法迭代次数,提升计算效率,同时改善相位像重建结果保真度. 展开更多
关键词 太赫兹成像 叠层成像 相位复原 双物距
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并行化叠层成像算法研究 被引量:1
16
作者 肖俊 李登宇 +1 位作者 王雅丽 史祎诗 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第15期88-96,共9页
叠层成像是定量相位恢复技术的重要研究方向,它通过照明探针的交叠式扫描,使用叠层迭代相位恢复算法对待测样品进行恢复,但成像效率与成像质量之间的矛盾等问题己成为其瓶颈之一本文从叠层成像迭代恢复算法的基本原理入手,提出了基于CPU... 叠层成像是定量相位恢复技术的重要研究方向,它通过照明探针的交叠式扫描,使用叠层迭代相位恢复算法对待测样品进行恢复,但成像效率与成像质量之间的矛盾等问题己成为其瓶颈之一本文从叠层成像迭代恢复算法的基本原理入手,提出了基于CPU和GPU的两种分块复振幅重建并行算法,并通过模拟实验研究了不同待测样品尺寸、不同分块、不同孔径数目对并行加速效果的影响模拟实验结果表明:两种并行算法可正确地恢复出样品的复振幅信息,并且显著提升了重建速度,使得重建耗时比传统叠层成像算法有了数量级的下降,在一定程度上解决了成像效率与成像质量之间的矛盾,有望实现准实时成像,为叠层成像在相关领域更广泛的应用提供了一定的技术指导,实验结果同时表明:在最优分块时,并行重建加速比与样品的大小有关,样品越大,加速效果越明显;同一个样品在不同分块下重建会得到不同的加速比,这与硬件设备密切相关,而成像中孔径的数目不会对并行加速比产生明显的影响. 展开更多
关键词 叠层成像 相位恢复 并行计算
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电子叠层的原理与特点 被引量:5
17
作者 于荣 沙浩治 +1 位作者 崔吉哲 杨文峰 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期767-781,共15页
即使在像差校正电镜方兴未艾之时,材料的微观结构分析也面临残余像差、带轴偏离、表面损伤和辐照损伤等问题,不仅使电镜的空间分辨率近年来一直徘徊在05Å左右,而且制约了微观结构分析的可靠性和精度。电子叠层(electron ptychograp... 即使在像差校正电镜方兴未艾之时,材料的微观结构分析也面临残余像差、带轴偏离、表面损伤和辐照损伤等问题,不仅使电镜的空间分辨率近年来一直徘徊在05Å左右,而且制约了微观结构分析的可靠性和精度。电子叠层(electron ptychography)是结合扫描透射电镜和相干衍射成像的一种计算成像方法,具有高空间分辨、高相位精度、高剂量效率等特点。电子叠层包括数据采集和数值重构两个阶段。在数据采集阶段,通过像素化探测器记录电子束在样品上二维扫描时每个位置的二维衍射图,形成所谓的四维扫描透射电镜数据集(four⁃dimensional scanning transmission electron microscopy,4D⁃STEM)。在数值重构阶段,通过合适的算法从这些数据集中提取样品的振幅和相位。相比像差校正减小透镜像差对成像质量的影响而言,电子叠层可以消除这种影响,实现零像差成像,近乎完美地重现样品的真实结构。作者从材料微观结构分析面临的主要问题出发,简要介绍电子叠层的基本原理和算法,并通过应用实例介绍电子叠层的主要特点。 展开更多
关键词 电子叠层 计算成像 电子显微学 零像差成像
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基于叠层衍射成像的二元光学元件检测研究 被引量:4
18
作者 王磊 窦健泰 +4 位作者 马骏 袁操今 高志山 魏聪 张天宇 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期139-147,共9页
本文提出了一种基于叠层衍射成像(ptychography)的二元光学元件的检测方法,该方法可实现对二元光学元件表面微观轮廓的检测以及特征尺寸的标定.相比于传统的二元光学元件检测方法,其使用无透镜成像技术,简化了系统结构并可适用于特殊环... 本文提出了一种基于叠层衍射成像(ptychography)的二元光学元件的检测方法,该方法可实现对二元光学元件表面微观轮廓的检测以及特征尺寸的标定.相比于传统的二元光学元件检测方法,其使用无透镜成像技术,简化了系统结构并可适用于特殊环境下的检测.该方法可直接通过采集多幅衍射图,利用叠层衍射成像迭代算法可精确地复原大尺寸待测元件的表面微观轮廓,提高大尺寸器件的检测效率.本文模拟仿真了台阶高度与噪声大小对纯相位台阶板复原结果的影响,并在光学实验中选取计算全息板为样品,复原样品的表面微观轮廓信息以及得到台阶高度.以白光干涉仪检测结果为标准,该方法在精度要求不太高的前提下,可获得令人满意的成像质量. 展开更多
关键词 叠层衍射成像 二元光学元件 相位复原 特征尺寸标定
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远场合成孔径计算光学成像技术:文献综述与最新进展 被引量:11
19
作者 李晟 王博文 +6 位作者 管海涛 梁坤瑶 胡岩 邹燕 张许 陈钱 左超 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1-27,共27页
传统光学成像实质上是目标场景的光强信号在空间维度上的直接均匀采样记录与再现的过程。因此,其成像分辨率与信息量不可避免地受到光学衍射极限、成像系统空间带宽积等若干物理条件制约。如何突破这些物理制约,获得更高分辨率、更宽广... 传统光学成像实质上是目标场景的光强信号在空间维度上的直接均匀采样记录与再现的过程。因此,其成像分辨率与信息量不可避免地受到光学衍射极限、成像系统空间带宽积等若干物理条件制约。如何突破这些物理制约,获得更高分辨率、更宽广的图像信息,一直是该领域的永恒课题。计算光学成像通过前端光学调控与后端信号处理相结合,为突破成像系统的衍射极限限制,实现超分辨成像提供了新思路。本文综述了基于计算光学合成孔径成像实现成像分辨率的提升以及空间带宽积拓展的相关研究工作,主要包括基于相干主动合成孔径成像与非相干被动合成孔径成像的基础理论及关键技术。本文进一步揭示了当前“非相干、无源被动、超衍射极限”成像的迫切需求及其现阶段存在的瓶颈问题,并展望了今后的研究方向以及解决这些问题可能的技术途径。 展开更多
关键词 光学合成孔径探测 计算成像 超分辨 傅里叶叠层 非相干合成孔径 远场成像
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对称照明在傅里叶叠层成像中的应用 被引量:3
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作者 张雷雷 唐立金 +1 位作者 张慕阳 梁艳梅 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第22期185-191,共7页
傅里叶叠层成像技术是一种全新的能够恢复出大视场下高分辨率图像的技术,而较长的采样时间限制了傅里叶叠层成像的实际应用.本文阐述了一种利用对称照明提高傅里叶叠层成像速度的方法,研究了傅里叶叠层成像在空域和频域上的对称性,指出... 傅里叶叠层成像技术是一种全新的能够恢复出大视场下高分辨率图像的技术,而较长的采样时间限制了傅里叶叠层成像的实际应用.本文阐述了一种利用对称照明提高傅里叶叠层成像速度的方法,研究了傅里叶叠层成像在空域和频域上的对称性,指出在不考虑相位的情况下,利用对称照明可提高照明强度,减少傅里叶叠层成像所需要的图像数,同时可以提高傅里叶叠层成像图像重建的速度.实验表明使用对称照明可以在不改变算法复杂性的前提下,得到与传统傅里叶叠层成像同样的高分辨率,且所需的图像数减少约50%,采样时间减少约70%,图像重建时间减少约50%.基于对称照明的方法将促进傅里叶叠层成像技术在实时成像中的应用. 展开更多
关键词 对称照明 傅里叶叠层成像 图像重建
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