Super defocusing of light by optical sub-oscillations
我们证明了构造能在任意低频局部振荡的谱下界有限函数是可能的。这样的子振荡函数是对超振荡函数的补充，超振荡函数是带限的，但可以以任意高的频率局部振荡。我们构造了一个空间亚振荡光束来实验演示光学超散焦。
2017-01-17 physics.optics quant-ph
Snapshot multi-spectral imaging through defocusing and a Fourier imager network
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文提出一种利用单色传感器和波长相关离焦色差进行物理编码，并通过深度学习傅里叶成像网络解码的快照多光谱成像方法，实验达到92.98%的通道预测准确率。
2025-01-24 cs.CV cs.LG physics.app-ph
Defocus-integration Interferometric Scattering Microscopy for Speckle Suppression and Enhancing Nanoparticle Detection on Substrate
本文提出离焦积分 iSCAT 技术，利用纳米颗粒与基底表面起伏散射相位的对称性差异抑制散斑，将纳米颗粒探测信噪比提升 6.9 dB，并验证其对不同材料和基底折射率的普适性。
2024-02-26 physics.optics
Using Aberrations to Improve Dose-Efficient Tilt-corrected 4D-STEM Imaging
针对4D-STEM倾斜校正成像中高阶像差导致衬度传递函数受阻尼的问题，提出结合tcBF与tcDPC的acBF成像方法，实现信息极限内连续非零衬度传递，经模拟与实验验证性能更优。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Analysis of the noise in back-projection light field acquisition and its optimization
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；The University of Hong Kong（香港大学）
从通过焦平面扫描捕获的图像重建光场可以实现与现代相机传感器相当的高横向分辨率。这对于传统的基于微透镜的光场捕获系统是不可能的。然而，严重的散焦噪声和低的深度分辨率限制了它的应用。本文分析了焦平面扫描光场重建技术中的散焦噪声和深度分辨率，提出了一种降低散焦噪声、提高深度分辨率的方法。数值和实验结果都验证了所提出的方法。
2016-12-30 cs.CV physics.optics
Quantitative Phase Imaging with a Metalens
本文提出在光纤内窥镜尖端集成色散型氮化硅超透镜，利用光谱复用单次采集实现定量相位成像，视场280、灵敏度0.1λ，无需滤光片、干涉对准或机械扫描。
2023-09-20 physics.optics q-bio.QM
Plenoptic microscope based on laser optical feedback imaging (LOFI)
我们提出了一个全光显微镜的性能，它结合了高灵敏度的激光光学反馈成像装置，高分辨率的光学合成孔径和散粒噪声有限的信噪比，通过使用声学光子标记的概述。通过使用自适应相位滤波，该显微镜允许相位漂移校正和数值像差补偿（散焦，彗差，散光.）。这种新型显微镜似乎很适合通过散射和非均匀介质进行深度成像。
2015-06-18 physics.optics
Imaging trapped quantum gases by off-axis holography
提出了一种基于数字离轴全息术的量子气体色散成像方法。相位延迟和探测场的强度都是从同一幅图像中确定的。由于外差增益固有的全息方法，它是可能的，以检索的原子在探测光束剂量的两个数量级低于相衬成像方法引起的相位延迟。利用探测光束的全视场，我们对图像散焦进行了数值校正。
2019-11-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Depth from Defocus Technique for High Number Densities and Non-spherical Particles
本研究通过引入重叠颗粒图像识别和灰度级梯度估计模糊核宽度两项改进，将散焦测深技术扩展到高数浓度和非球形颗粒的尺寸与位置测量，并利用专用实验装置验证了算法的精度与局限性。
2024-03-29 physics.flu-dyn physics.optics
Single Exposure Quantitative Phase Imaging with a Conventional Microscope using Diffusion Models
利用色差和扩散模型实现单次曝光的高精度相位成像，提升生物医学应用的效率。
2024-12-20 cs.AI eess.IV physics.optics
Fast digital refocusing and depth of field extended Fourier ptychography microscopy
傅里叶重叠关联显微术（FPM）是近年来发展起来的一种计算显微超分辨技术，它与合成孔径技术、相位恢复技术有着共同的发展。通过依次开启发光二极管（LED）元件并获取包含不同空间频率的相应图像，FPM可以同时实现宽视场（FOV）、高空间分辨率成像和相位恢复。传统的FPM假设样品足够薄并且严格聚焦。然而，即使对于相对薄的样品，样品的非平面分布特性和非理想位置/姿态也会导致FOV的全部或部分散焦。本文提出了一种快速数字重聚焦和景深扩展的FPM策略，利用样本散焦和变角度照明引起的图像横向偏移的优点。横向偏移量与散焦距离和照明角度的正切成比例。该方法通过计算不同倾斜照明下样品各子区域的相对侧移量，可以准确、快速地得到样品各子区域的离焦距离，而不是采用优化策略搜索最佳离焦距离，这是一种耗时的方法。然后，将基于菲涅耳传播算子的数字重聚焦策略融入到FPM框架中，实现了对样品各部分的高分辨率和相位信息重构，有效地扩展了FPM的自由度。通过对USAF海图和生物样本的实际实验，验证了该方法在快速数字重聚焦和视场扩展方面的可行性。
2021-05-06 eess.IV physics.optics
Retinex-qDPC: automatic background rectified quantitative differential phase contrast imaging
定量微分相衬重建（qDPC）的质量可以严重退化的两个倾斜照明图像的背景的不匹配，产生有问题的相位恢复结果。这些背景失配可能是由照明图案、不均匀介质分布或其他散焦层引起的。在以前的报告中，背景是手动校准的，这是耗时的，并且不稳定，因为如果对光学系统进行任何修改，则需要新的校准。也不可能从散焦层校准背景，或者当背景随时间变化时进行高动态观察。为了解决背景不匹配的问题并提高实验鲁棒性，我们提出了Retinex-qDPC，其中我们使用图像边缘特征作为数据保真度项，从而产生L2-Retinex-qDPC和L1-Retinex-qDPC，用于高背景鲁棒性qDPC重建。使用分裂Bregman方法求解L1-Retinex DPC。我们比较了Retinex-qDPC模型与最先进的DPC重建算法，包括全变分正则化qDPC和各向同性qDPC，使用模拟和实验数据。结果表明，Retinex qDPC能有效抑制背景失配对相位恢复的影响，显著提高相位恢复质量。其中，L1-Retinex-qDPC优于L2-Retinex和其他最先进的DPC算法。一般来说，Retinex-qDPC增加了对背景照明的实验鲁棒性，而无需对光学系统进行任何修改，这将有利于所有qDPC应用。
2022-07-21 eess.IV physics.optics
Fourier ptychographic microscopy aided with transport of intensity equation for robust full phase spectrum reconstruction
提出一种结合FPM与TIE的混合成像方法，通过增加单张同轴离焦图像恢复低频相位信息，显著提升了全频段相位重建保真度，并实现了超出0-2π范围的相位恢复。
2025-05-30 physics.optics
Fractal zone plates for wideband imaging with low chromatic aberration and extended depth of field
菲涅耳波带片是衍射元件，在许多科学和技术领域中，特别是在折射光学器件不可用的情况下，其对于形成图像是必不可少的。菲涅耳波带片的主要缺点之一是它们的高色差，这限制了它们在宽带光源中的应用。分形波带片（FZPs）是最近提出的一种衍射透镜，其特征在于具有分形结构的扩展焦深。这种行为预示着FZP作为具有扩展的景深和减少的色差的成像设备的性能得到改善。在这里，我们报告的第一个多色图像获得的FZP证实了这些预测的成就。我们表明，多色调制传递函数（MTF）的FZP的影响离焦是约两倍，比一个相应的菲涅耳波带片。这一结果打开了改进成像技术的可能性，该成像技术在从X射线到THz的宽范围的电磁波谱上使用传统的菲涅耳波带片。
2007-01-18 physics.optics
Generalized image deconvolution by exploiting spatially variant point spread functions
光学成像系统通过重新收集被物体散射的光来形成物体图像。然而，通过成像系统传递的对象的完整光学信息由于不完美的光学元件和不想要的缺陷而劣化。图像去卷积，也称为逆滤波，由于其实际可行性，已经被广泛地用作恢复技术，并且通过假设成像系统的线性平移不变特性来操作。然而，位移不变性并不是在所有成像情况下都严格成立的，它也不是求解光传播逆问题的必要条件。在这里，我们提出了一种方法来解决的线性逆问题的相干光传输，而无需假设移位不变性。通过连续记录光学响应，使用由数字微镜装置系统地控制的各种激光照射角度，实现系统的成像能力的充分表征。实验结果表明，光学散焦引起的图像畸变可以用常规的解卷积方法恢复，而透镜倾斜或插入无序层引起的严重像差只能用本文提出的广义图像解卷积方法校正。本文的工作推广了光学成像和反卷积理论，使得在任何一般成像条件下都能实现无畸变成像。
2017-03-27 physics.optics
Phase imaging in scanning transmission electron microscopy using bright-field balanced divergency method
本文提出一种基于明场平衡发散法的扫描透射电子显微镜相位成像机制，利用不同散射角度透射盘的互补强度变化，实现从原子分辨率到纳米尺度的高效、稳健相位成像，并成功用于FeGe磁相表征。
2023-07-03 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Quantum, Nonlocal Aberration Cancellation
相位畸变或像差会对光学成像系统的性能产生负面影响。通过使用的位置动量纠缠光子，我们非局部校正在一个光子的光路中的像差，故意引入互补的像差在其他光子的光路。特别是，我们证明了同时非局部抵消的像差，是偶数和奇数阶的光子的横向自由度。我们还展示了这种技术的潜在应用，通过非局部抵消量子成像实验中的散焦效应，从而恢复原始的空间分辨率。
2019-06-11 physics.optics quant-ph
Interface Self-Referenced Dynamic Full-Field Optical Coherence Tomography
动态全视场光学相干断层扫描（D-FFOCT）最近已成为一种非常宝贵的活的无标记和非侵入性成像模式，能够在复杂的3D样品中成像亚细胞生物结构及其代谢活动。然而，D-FFOCT在对附近的反射表面成像时遭受条纹伪影，并且对振动高度敏感。在这里，我们提出了接口自参考（iSR）的D-FFOCT，一种替代配置的D-FFOCT，利用样本盖玻片之间的样本和目标的存在，通过使用它作为一个散焦的参考臂，从而避免了上述文物。我们证明了iSR D-FFOCT能够对2D成纤维细胞培养物进行成像，这是最平坦的哺乳动物细胞之一。
2023-02-17 physics.bio-ph physics.optics q-bio.SC
Structured Light Projection-based single-shot transport of intensity phase imaging for quantitative diagnostics of high-speed flows
提出了一种利用结构光探针探测感兴趣区域（ROI）的方法来定量估计高速流场中的密度。研究了探测光束通过激波诱导流场时所受的波前畸变。专用相机光学器件用于同时测量两个不同平面处的出射波前的横截面强度。提出了一种技术，该技术使用两个平面上的结构光图案的横向位移来估计轴向强度导数dI/dz，这是用于相位估计的强度方程（TIE）的传输的输入。通过这样做，在实验中避免了对小散焦距离dz的需要，因此减轻了对低f/#成像系统的需求，并且现在更大的dz是可接受的，因为强度导数不是通过常规的有限差分（FD）近似来估计的。从TIE恢复的相位被用作相位层析算法的输入，以定量地获得流场中的折射率和密度分布。通过在马赫数为8.5的高超声速激波风洞中进行的实验验证了所提出的技术。给出了气动试验模型周围流场截面密度的估算值，并与数值估算值进行了比较，两者吻合较好。
2021-04-19 physics.optics
$\textit{In vivo}$ fundus imaging and computational refocusing with a diffuser-based fundus camera
本文在改装商用眼底相机中引入全息散射体，实现无运动部件的计算重聚焦，并首次获得人体体内彩色眼底图像，验证其用于眼部诊断的可行性。
2025-02-17 physics.med-ph physics.optics
Optimally focused cold atom systems obtained using density-density correlations
共振吸收成像是一种常用的探测超冷原子系统二维柱密度的技术。在许多情况下，系统沿成像方向的厚度大大超过成像系统的景深，使得难以识别最佳聚焦配置。在这里，我们描述了一个系统的技术，使玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）和其他冷原子系统进入最佳焦点，即使在厚度与景深的比值很大时：在这个演示中，BEC的系数为8。该技术依赖于傅立叶变换的密度-密度关联函数（功率谱密度，PSD）中的散焦引起的伪影。这些伪影首次出现在PSD中的空间频率在聚焦时最大化;因此，聚焦过程识别并最大化PSD未被有限厚度效应污染的空间频率范围。
2014-01-26 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Proposal of Bragg Diffraction Imaging on Protein Crystals with Precession-Electron Annular-Bright-Field Microscopy
在理论研究中，作者首先讨论了三维晶体中布拉格衍射的波干涉，然后对衍射过程进行了量子力学解释，证明了布拉格衍射与入射光之间的干涉条纹与晶格面一致。通过引入扩束器的概念，我们可以解释布拉格衍射在透射电子显微镜中的像投影机制。在实践中，我们将采取在带轴投影图像，因为它的对称高密度衍射与平坦埃瓦尔德球和最小的重叠与相邻分子。通过使照明光束绕带轴旋转，并引入环形物镜孔径，我们只选择对二维电子探测器上的实像重建有正确贡献的运动学布拉格衍射。结果应该是一个积极的对比，干净的图像，没有动态衍射，也没有莫尔图案。重要的是，图像应该对散焦不敏感，并且空间分辨率可以不受物镜的球差和色差的限制。因此，小分子的成像，如药物结构将是直接的。通过从许多微晶或从大晶体的周围薄边缘在不同区域轴处拍摄多个投影图像，我们可以以原子分辨率重建较大蛋白质复合物的3D结构。
2021-05-09 physics.ins-det physics.optics
Near-field Fourier ptychography: super-resolution phase retrieval via speckle illumination
实现高空间分辨率是许多成像系统的目标。设计一个在大视场范围内具有衍射极限性能的高分辨率透镜仍然是成像系统设计中的一项困难任务。另一方面，创建具有波长受限空间特征的复杂散斑图案是毫不费力的，并且可以通过简单的随机漫射器来实现。通过这种观察和近场重叠关联成像的概念的启发，我们报告了一种新的成像模式，称为近场傅立叶重叠关联成像，用于解决微观和宏观成像设置中的高分辨率成像挑战。“近场”的含义是指将物体放置在具有大菲涅耳数的短散焦距离处。在我们的实现中，我们将具有精细空间特征的散斑图案投影到物体上，而不是通过高分辨率透镜直接解析空间特征。然后，我们将物体（或斑点）平移到不同的位置，并使用低分辨率镜头获取相应的图像。一个重叠关联相位恢复过程被用来恢复复杂的目标，未知的散斑图案，并在同一时间的相干传递函数。在显微成像设置中，我们使用0.12数值孔径（NA）透镜，以实现在重建过程中的NA为0.85。在宏观摄影成像设置中，我们使用摄影镜头实现了~7倍的分辨率增益。最终可实现的分辨率不由收集光学器件决定。相反，它由散斑图案的特征尺寸确定。所报道的成像模态可以在光、相干X射线和透射电子成像系统中采用，以增加分辨率并提供对象的定量吸收和相位对比。
2019-02-09 eess.IV physics.optics
Self-Portrait of the Focusing Process in Speckle: I. Spatio-Temporal Imaging of Wave Packets in Complex Media
Institut Langevin, ESPCI Paris, PSL University, CNRS（朗之万研究所，巴黎高等物理化工学院，PSL大学，法国国家科学研究中心）；SuperSonic Imagine（超级声想象）
本文提出利用散射体作为虚拟麦克风，通过矩阵成像技术监测波包在复杂介质中的时空传播，以揭示聚焦过程的缺陷并提升成像性能。
2026-02-05 physics.app-ph physics.med-ph physics.optics
Ring-Like Solitons in Plasmonic Fiber Waveguide Composed of Metal-Dielectric Multilayers
我们设计了一种由纳米尺度同轴圆柱形金属-介质多层膜组成的等离子体光纤波导（PFW），并建立了相应的动力学方程，描述了介质层中克尔非线性的PFW中的传播模式。该物理过程与离散的矩阵非线性薛定谔方程相联系，在自散焦条件下，发现了可见光和近红外线的亚波长尺度的高限制环形孤子.此外，由于PFW的圆柱对称性，当增加输入光的强度时，可以进一步改善限制，这意味着环的宽度和半径都减小。
2011-09-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Breaking Rayleigh's Criterion via Discernibility in High-Dimensional Light-Field Space with Snapshot Ghost Imaging
通过将高维光场成像信息编码到一个可检测的二维散斑平面上，基于稀疏约束的鬼像相机（GISC相机）只需一次快照就能直接捕捉到高维光场成像信息。这使得有必要重新审视这种光学成像系统的空间分辨率极限。在本文中，我们从理论和实验上表明，虽然在高维光场空间的分辨率仍然是有限的衍射，GISC相机的统计空间分辨率可以大大提高相比，经典的瑞利准则，利用在高维光场空间的可分辨性。在高维光场空间中，成像分辨率、光场自由度和物体自由度之间的相互作用也被证明。
2020-10-21 eess.IV physics.optics
Absorption imaging of quantum gases near surfaces using incoherent light
Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）；Department of Physics and Astronomy, University of Sussex（萨塞克斯大学物理与天文系）
本研究提出了一种利用非相干光对近表面量子气体进行高精度吸收成像的方法，有效抑制了传统成像中的相干伪影和干涉条纹，提升了微米尺度复杂表面成像的可靠性。
2026-02-13 cond-mat.quant-gas physics.app-ph physics.optics
