Quantitative phase imaging of opaque specimens with flexible endoscopic microscopy
针对现有柔性内窥镜依赖外源性染色、仅能提供定性诊断信息的问题，研究提出一种采用衍射梯度光的无标记柔性内窥镜显微镜，具备细胞级分辨率与直接相位测量能力，经多场景验证可用于临床成像。
2023-08-26 physics.med-ph physics.optics
Learning Transferable Self-Supervised Priors for Super-Resolution Reconstruction in Structured Illumination Microscopy
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学院量子信息与量子物理前沿卓越中心）；Anhui Province Key Laboratory of Quantum Network, University of Science and Technology of China（安徽省量子通信工程重点实验室）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室）
本文提出SIMAdapter，通过自监督预训练和单堆栈适应，利用原始SIM数据学习可迁移先验，实现无需配对参考的超分辨重建，显著降低误差并减少伪影。
2026-09-15 physics.optics
Digital defocus aberration interference for automated optical microscopy
California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出了一种基于数字散焦像差干涉的自动聚焦方法，通过双LED设置实现高效且通用的散焦检测，适用于多种成像模式，显著扩展景深范围。
2026-02-19 physics.optics
Image simulation for biological microscopy: microlith
图像模拟仍然是开发最广泛使用的生物相位显微镜方法，因为在模拟部分相干照明的困难。我们描述了一个开源的工具箱，microlith（https：//code.google.com/p/microlith），它准确地预测与任何部分相干成像系统，包括相干照明和非相干，自发光的标本观察到的薄标本的三维图像。它的准确性证明了模拟和实验的明场和暗场图像的特征以及振幅和相位的目标，分别。比较提供了新的见解的暗场显微镜的灵敏度在孤立的或周期性的标本在10 nm的长度尺度的质量分布。基于使用microlith预测，我们提出了一种新的方法，用于检测纳米级的结构变化，在跳动的轴丝使用暗场显微镜。
2014-03-31 physics.optics q-bio.QM
Imaging Gold Nanoparticles in Living Cells Environments using Heterodyne Digital Holographic Microscopy
本文介绍了一种基于外差数字全息术的显微成像技术，可以在细胞环境中对亚波长尺寸的金胶体进行成像。3T3小鼠成纤维细胞的表面细胞受体用40 nm金纳米颗粒标记，并且生物样本用全息显微镜以全内反射配置成像。由于金纳米颗粒的散射效率高于细胞结构的散射效率，因此在整个样品散射场的3D映射内获得金标记物的准确定位，在x、y和z方向上的横向精度分别为5 nm和100 nm，证明了全息显微镜在活细胞环境中定位纳米颗粒的能力。
2009-11-26 physics.optics
Super-resolved multispectral lensless microscopy via angle-tilted, wavelength-multiplexed ptychographic modulation
我们报告了一个角度倾斜，波长复用重叠关联调制方法的多光谱无透镜片上显微镜。在这种方法中，我们用5个波长的光同时照射样品。在照明路径处添加棱镜以用于光谱色散。因此，不同波长的光波以略微不同的入射角击中样本，打破了混合状态重叠关联重建中的模糊性。在检测路径，我们放置一个薄的扩散之间的标本和单色图像传感器的光谱信息编码成2D强度测量。通过将样品扫描到不同的x-y位置，我们获得了一系列单色图像，用于在5个波长下重建5个复杂的物体轮廓。一个上采样程序被集成到恢复过程中，以绕过成像器像素大小所施加的分辨率限制。我们证明了半间距分辨率为0.55微米，使用1.85微米像素大小的图像传感器。我们还展示了用于数字病理学应用的染色组织切片的定量和高质量多光谱重建。
2020-06-15 eess.IV physics.optics
Optical Near-Field Electron Microscopy
在界面和纳米尺度上成像动力学过程在整个科学和技术中具有重要意义。虽然光光学成像技术往往不能提供必要的空间分辨率，电子光学技术损坏的标本，并导致剂量诱导的文物。在这里，提出了光学近场电子显微镜（ONEM），一种成像技术，结合了非侵入性探测与光，通过电子光学的高空间分辨率读出。靠近样品，光学近场转换成一个空间变化的电子通量使用平面光阴极。使用低能电子显微镜对电子通量进行成像，从而实现无标记的纳米分辨率，而无需在样品上扫描探针。样品永远不会暴露在有害的电子中。
2021-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.bio-ph
A plane wave analysis of coherent holographic image reconstruction by phase transfer
荧光成像在无数的科学努力中起着关键作用，特别是在生物科学中。荧光强度的三维成像通常需要串行数据采集，即用非成像单元件检测器对整个样品发射的荧光进行逐体素收集。虽然非成像荧光检测提供了一些散射鲁棒性的措施，在动态样本可以成像的速率是非常有限的。其他荧光成像技术利用成像检测来提高收集率。一个值得注意的例子是光片荧光显微镜，也被称为选择性平面照明显微镜（SPIM），它照亮了一个大的区域内的标本和收集发射的荧光在一个角度垂直或倾斜的照明光片。不幸的是，所发射的荧光的散射可能导致在高度混浊的生物介质中所收集的图像的模糊。我们最近介绍了一种成像技术，称为相干全息图像重建相转移（CHIRPT），结合了光片状照明与非成像荧光检测。通过将光片照明的速度与非成像检测的散射鲁棒性相结合，CHIRPT有望对生物成像产生巨大影响，特别是对于$\textit{in vivo}$制剂。在这里，我们提出了空间相干照明下的CHIRPT成像的数学形式主义，并提出实验数据，验证了理论模型。
2015-07-27 physics.optics
Light-sheet microscopy in cancer pathology: current applications, clinical challenges and future perspectives
Maastricht University（马斯特里赫特大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）；University of Florence（佛罗伦萨大学）；Maastricht University Medical Centre（马斯特里赫特大学医学中心）；GROW Research Institute for Oncology and Reproduction（GROW肿瘤与生殖研究所）；NUTRIM Research Institute for Nutrition and Translational Research（NUTRIM营养与转化医学研究所）
本文综述了光片荧光显微镜在癌症病理分析中的当前应用，并探讨其整合入临床流程以实现完整标本高通量三维成像，从而提升诊断精度和揭示肿瘤结构形态的潜力。
2026-10-30 physics.med-ph physics.optics
Precompensation of 3D field distortions in remote focus two-photon microscopy
远程聚焦广泛用于3D双光子显微镜和3D光刺激，因为它能够在不移动物镜或样品的情况下进行快速轴向扫描。然而，由于显微镜光学器件的设计约束，远程聚焦单元通常位于光路中的非远心位置，导致成像体积中的显著深度相关3D场失真。为了解决这个问题，我们的特点所产生的非远心远距离聚焦的三维场失真，并提出了一种方法的失真预补偿。我们证明了其适用性的3D双光子显微镜，使用声光透镜（AOL）的远程聚焦和扫描。我们表明，失真预补偿方法提高了AOL显微镜的指向精度，在整个400 × 400 × 400微米的成像体积< 0.5微米。
2021-03-18 physics.optics
Remote scanning for ultra-large field of view in wide-field microscopy and full-field OCT
在大尺度和亚微米分辨率下对样品进行成像有助于生物医学研究。然而，形成这样的图像的像素的数量通常超过由常规相机提供的像素的数量。虽然大多数显微镜都配备了一个电动阶段，以取代试样，并获得图像瓷砖瓷砖，我们提出了一种替代策略，不需要任何移动部件在样品平面。我们建议在显微镜的检测单元中添加扫描机构，以顺序地收集视场的不同子区域。我们的方法称为远程扫描，与所有基于相机的显微镜兼容。我们评估的性能，在宽场显微镜和全场光学相干断层扫描，我们表明，可以实现的视野为2.2毫米，分辨率为1.1微米。我们最后证明，该方法特别适合于成像生物样品，如毫米工程组织。
2019-11-25 physics.ins-det physics.optics
Digitally synthesized beat frequency multiplexing for sub-millisecond fluorescence microscopy
荧光成像是揭示生物样品分子组成的最广泛使用的方法。然而，荧光探针的弱光发射以及成像速度和灵敏度之间的权衡对于获取快速现象的无模糊图像是有问题的，例如活细胞和组织中的亚毫秒生化动力学以及高速流动的细胞。我们报告了一种解决方案，实现实时像素读出速率比现代电子倍增器电荷耦合器件（EMCCD）-高速荧光成像技术的黄金标准快一个数量级。被认为是使用射频多路复用激发（FIRE）的荧光成像，这种方法使用数字合成光场的拍频将图像映射到射频光谱中。我们展示了在4.4 kHz的帧速率下静止细胞的衍射限制共聚焦荧光成像，以及在大约每秒50，000个细胞的吞吐量下流动的荧光显微镜。
2013-03-05 physics.optics
Tailored Speckle Illumination Microscopy with Enhanced Sectioning and Image Quality
Yale University（耶鲁大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；Boston University（波士顿大学）；Cornell University（康奈尔大学）
本文提出一种定制化三维斑点强度统计的动态斑点照明显微镜，通过轴向变化的斑点对比度增强光学切片，利用聚焦斑点的二值强度减少图像重建噪声，展示了其在生物样本成像中的优越性能。
2026-04-22 physics.optics
Anisotropy enables advanced light sheet microscopy with opaque lenses
Foundation for Research and Technology-Hellas（希腊研究与技术基金会）；University of Crete（克里特大学）
针对荧光显微镜在散射组织中深度分辨率比受限的问题，提出结合动态波前整形与各向异性散射板的不透明透镜Wavelens，实现了在密集散射样本中保持一致光片特性的高分辨率成像。
2025-09-16 physics.optics
Label-free chip-based evanescent light scattering super-resolution and superior-contrast optical microscopy (cELS)
本文提出芯片式倏逝光散射 (cELS) 显微技术，利用多模波导近场照明抑制散斑噪声，结合多臂波导与强度波动算法实现各向同性超分辨，在无标记条件下获得2倍分辨率提升与最高10倍对比度增强，并具备小型化与大视场高通量成像潜力。
2022-02-24 physics.optics
Artificial confocal microscopy for deep label-free imaging
本文提出人工共聚焦显微术（ACM），通过定量相位成像与卷积神经网络将无标记相位图像转换为荧光图像，实现未标记样本的共聚焦级深度层切，并用于神经元、肝癌球体成像及细胞核分割与干质量测量。
2021-10-28 physics.bio-ph physics.optics
A detection module to increase the spatial bandwidth product of a microscope
提出一种集成于显微镜检测单元的远程扫描模块，无需移动样本即可提高空间带宽积，适用于明场和荧光显微镜，实现对毫米级生物样本的高分辨率成像。
2025-03-27 physics.optics
Volumetric nanoscale localization using engineered point spread functions in light sheet microscopy
Adelaide University（阿德莱德大学）；University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）
结合双艾里工程点扩散函数与双光子光片荧光显微镜，实现大体积三维纳米级定位，横向精度<20 nm、轴向42 nm，并有望在毫米级样本中达到亚10 nm。
2026-06-18 physics.optics
Single-objective selective-volume illumination microscopy enables high-contrast light-field imaging
通过使用第二个物镜[1 - 3]选择性地照亮样本的相关子体积，提高了光场显微镜的性能。在这里，我们推进这种方法的单目标几何形状，使用倾斜的单光子照明路径或双光子照明，以实现选择性体积激发。消除第二正交定向的目标，以选择性地激发感兴趣的体积简化了标本安装，然而，这种单目标的方法仍然减少了体积外的背景，从而提高图像对比度，有效的分辨率和体积重建质量。我们通过对活体发育中的斑马鱼进行成像来验证我们的新方法，展示了该技术能够以高对比度同步捕获大量成像数据，同时保持与标准显微镜样品安装的兼容性。
2020-10-30 eess.IV physics.bio-ph physics.ins-det
Fluholoscopy. Compact and Simple Platform Combining Fluorescence and Holographic Microscopy
本研究提出一种名为Fluholoscopy的紧凑型简易共路双模显微平台，采用单一波长同时激发荧光与提供相干照明，经带通滤光片分光后由双相机同步实现单快照荧光与定量相位成像，并通过静态和动态样本完成验证。
2025-01-16 physics.optics
Light-enhanced van der Waals force microscopy
本文提出光增强范德华力（LvF）现象，利用光照前后的力差值区分异质相，开发出LvFM技术，实现超高成分分辨率与亚10 nm空间分辨率，在纳米材料表征尤其是二维半导体领域具广阔应用前景。
2023-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tensorial tomographic differential phase-contrast microscopy
Duke University（杜克大学）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Duke University Medical Center（杜克大学医学中心）
我们报告张量层析微分相衬显微镜（T2DPC），一个定量的无标记层析成像方法，同时测量相位和各向异性。T2DPC扩展了微分相衬显微镜，一种定量相位成像技术，以突出光的矢量性质。该方法解决了各向异性样品的介电常数张量的强度测量与配备有LED矩阵，圆偏振器，和偏振敏感相机的标准显微镜。我们证明了准确的体积重建的折射率，双折射，和各种验证样品的方向，并表明重建的生物标本的偏振结构是预测的病理。
2022-09-06 cs.CV physics.optics
Photon Absorption Remote Sensing (PARS): A Comprehensive Approach to Label-free Absorption Microscopy Across Biological Scales
本文提出光子吸收遥感（PARS）综合显微技术，通过同时捕获光吸收事件中的散射、衰减及辐射与非辐射弛豫过程，提供总吸收和量子效率比等独特对比度，实现跨生物学尺度的无标记成像。
2024-04-25 physics.med-ph physics.optics
Widefield two-photon excitation without scanning: live cell microscopy with high time resolution and low photo-bleaching
我们展示了荧光成像的双光子激发没有扫描生物标本，如先前所描述的黄和同事，但增加了字段大小和帧速率高达100赫兹。在记录突触驱动的钙$^{2+}$事件在原代大鼠神经元培养加载荧光钙$^{2+}$指示剂Fluo-4 AM，我们已经观察到大大减少光漂白相比，单光子激发。这种方法，它不需要昂贵的添加到显微镜，承诺是有用的工作，需要高时间分辨率。
2014-12-30 physics.bio-ph physics.optics
Bond-selective interferometric scattering microscopy
干涉散射显微镜是一种非常有前途的技术，用于以高通量方式对从蛋白质到病毒的广谱生物纳米颗粒进行高灵敏度无标记成像。虽然它可以揭示样品的尺寸和形状信息，但化学成分在干涉测量中是无法获得的。红外光谱成像基于样品的固有化学键振动提供化学特异性，但由于长红外波长而缺乏成像和分辨单个纳米颗粒的能力。在这里，我们描述了一种键选择性干涉散射显微镜，其中中红外诱导的光热信号由宽视场共路干涉配置中的可见光束检测。利用薄膜分层衬底来减少反射光并为弱散射场的干涉检测提供参考场。采用脉冲中红外激光器调制干涉信号。随后通过虚拟锁定相机进行解调，同时提供数十个微米或纳米颗粒的化学信息。化学对比度产生于粒子散射场的微小变化，这是目标分子振动吸收的结果。我们的特点与亚波长聚合物珠和突出的生物学应用的化学成像几种微生物，包括金黄色葡萄球菌，大肠杆菌，白色念珠菌的系统。建立了一个理论框架，扩展键选择性干涉散射显微镜的生物微米和纳米粒子的广泛范围。
2021-06-05 physics.app-ph physics.bio-ph physics.optics
High Sensitivity and Specificity Biomechanical Imaging by Stimulated Brillouin Scattering Microscopy
非接触式无标记生物力学成像是揭示生物系统力学特性的重要工具，在工程、物理、生物和医学领域发挥着关键作用;然而，它代表了显微镜的一个重大挑战。自发布里渊显微镜满足了这一挑战，但通常需要长的采集时间或缺乏高特异性，用于检测具有高度重叠布里渊频带的生物力学成分。我们开发了受激布里渊散射（SBS）显微镜，提供内在的非接触式生物力学对比，并在大型标本内生成机械横截面图像，具有高机械特异性和像素停留时间，比自发布里渊显微镜提高了10倍以上。我们在不同的生物学应用中使用SBS显微镜，包括活的野生型秀丽隐杆线虫咽部区域的高频复合纵向模量的量化，活蠕虫头部对渗透应力的高频粘弹性响应的变化的成像，以及发育中线虫的体内机械对比介观
2019-10-07 physics.bio-ph physics.optics
Thermal Lensing Effects in Two-Photon Light-Sheet Microscopy
研究2P-LSFM中高激光功率引发的热透镜效应，发现该效应导致光束束腰展宽和偏移，降低分辨率和信噪比，影响大样本快速体积成像及功能脑成像等应用。
2025-04-03 physics.app-ph physics.bio-ph physics.optics
Aberration-corrected transmission electron microscopy with Zernike phase plates
我们探讨了应用物理相位板（PPs）结合像差校正透射电子显微镜的可能性。相衬传输特性的计算和比较薄膜为基础的Zernike PP，无孔（HF）或伏特PP和静电Zach PP，考虑其相移特性结合部分空间相干性。轻微收敛的照明条件，经常用于高分辨率的应用，与PP成像的效果进行了讨论。未加热的Zernike PP应用于各种纳米材料标本和定性分析的实验清楚地表明了PP和像差校正透射电子显微镜的一般兼容性。计算和实验表明，该方法的好处，其中是一个强大的相位对比度增强的大范围的空间频率。这允许同时成像的原子分辨率的结构和形态特征在纳米尺度，具有最大的相位对比度。计算可以解释为什么HFPP阻尼对比度传递在较高的空间频率。
2022-05-06 physics.ins-det physics.optics
Bond-Selective Transient Phase Microscopy
相衬显微镜将由透明的、未标记的样品引入的光学相位转换成强度图像中的调制。现代相位成像技术能够量化视场中每个点的相移，从而实现材料和生命科学中的非破坏性应用。然而，这些吸引人的特征伴随着分子信息的缺乏。为了满足这一差距，我们开发了一种键选择性瞬态相位（BSTP）显微镜，使用红外吸收激发分子振动，从而导致通过定制的相位显微镜检测到的光学相变。通过使用脉冲泵浦和探测激光器，我们实现了高光谱保真度，亚微秒的时间分辨率，亚微米的空间分辨率为50帧/秒的BSTP成像，仅受相机传感器的限制。我们的方法将缺失的分子键信息与定量相联系起来，这为生物学和材料科学中的光谱成像铺平了新的道路。
2018-11-27 physics.bio-ph physics.optics
High-resolution single-shot phase-shifting interference microscopy using deep neural network for quantitative phase imaging of biological samples
白光相移干涉显微术（WL-PSIM）是用于工业和生物样品的高分辨率定量相位成像（QPI）的重要技术。然而，在WL-PSIM中，基本上需要具有精确相移的多个干涉图来测量物体的精确相位。在这里，我们提出了使用过滤白光相移干涉显微镜（F-WL-PSIM）和深度神经网络（DNN）进行精确相位测量的单次相移干涉技术。这些方法通过训练DNN生成1）四个相移帧和2）来自单个干涉图的直接相位来合并。网络的训练是在两个不同的样本上进行的，即，光波导和MG 63骨肉瘤细胞。此外，F-WL-PSIM+DNN框架的性能通过比较从网络生成的和实验记录的干涉图中提取的相位图来验证。目前的方法可以进一步加强QPI技术的高分辨率相位恢复使用一个单一的帧不同的生物医学应用。
2021-05-03 eess.IV physics.optics
Full-range optical imaging of planar collagen fiber orientation using polarized light microscopy
提出了一种新的软组织中胶原纤维方向的自动评估方法。该方法基于偏振光显微镜在垂直和倾斜偏振镜下获得的多次旋转图像，突破了偏振光强度90°周期性的限制，在整个180°范围内准确、快速地评价纤维取向。在验证了该方法之后，我们使用猪跟腱和主动脉的组织学标本来验证所提出的算法，并降低评估所需的旋转图像的数量。我们的算法能够在几秒钟内分析一张显微照片中的5.10^5个像素，因此是一种强大而廉价的工具，可用于此类样品的组织学图像分析，具有广泛的应用前景。
2021-04-30 physics.med-ph physics.optics
Deep learning-based holographic polarization microscopy
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California NanoSystems Institute（加州纳米系统研究所）；David Geffen School of Medicine（大卫·格芬医学院）
偏振光显微镜提供了双折射样本的高对比度，并被广泛用作病理学的诊断工具。然而，偏振显微镜系统通常通过分析从不同偏振状态的两个或更多个光路收集的图像来操作，这导致相对复杂的光学设计、高系统成本或需要有经验的技术人员。在这里，我们提出了一种基于深度学习的全息偏振显微镜，该显微镜能够从相位恢复全息图中获得样品的定量双折射延迟和取向信息，同时仅需要向现有的全息成像系统添加一个偏振器/分析器对。使用深度神经网络，可以将来自单个偏振状态的重建全息图像转换为与使用单次计算偏振光显微镜（SCPLM）捕获的图像等效的图像。我们的分析表明，经过训练的深度神经网络可以使用样本特定的形态特征以及全息振幅和相位分布来提取双折射信息。为了证明该方法的有效性，我们通过对各种双折射样品进行成像来对其进行测试，曲安西龙（TCA）晶体。我们的方法实现了类似的结果，SCPLM定性和定量，由于其更简单的光学设计和显着更大的视场，这种方法有可能扩大获得偏振显微镜及其用于医疗诊断资源有限的设置。
2020-07-01 cs.CV eess.IV physics.app-ph
Light-sheet microscopy with attenuation-compensated propagation-invariant beams
散射和吸收限制了光场穿透到组织中，但是通常用于补偿这些效应的波前校正与宽视场成像不兼容并且实现起来复杂。我们展示了一种新的方法，增加穿透光片成像，即衰减补偿的光场。这定制了沿着照明传播不变场的指数强度增加，使得能够在样本内策略性地重新分布强度。这种强大而简单的概念，结合自愈合的传播不变的字段，提高了信号与背景比的艾里光片显微镜高达五倍，对比度噪声比高达八倍，在整个视场厚生物标本没有任何像差校正。这种改进不仅限于艾里光束光片显微镜，而且还可以显着提高贝塞尔和晶格光片显微镜技术的成像能力，为生物医学界的广泛采用铺平了道路。
2017-08-17 physics.bio-ph physics.optics
Optical synthetic sampling imaging: concept and an example of microscopy
数字二维空间采样器件（如电荷耦合器件）已广泛应用于各种成像系统，特别是计算成像系统。然而，数字采样设备的欠采样是限制所获取图像的分辨率的问题。在这项研究中，我们提出了一个合成采样成像（SSI）的概念来解决欠采样问题。它结合了结构照明系统和传统的二维图像检测系统，同时从照明和检测侧的样品。然后，我们综合的照明采样率和检测采样率重建高采样率的图像。建议SSI的概念是由显微镜的一个例子证明。实验结果表明，该方法可以使显微镜的采样分辨率提高一倍。综合采样方案，其中采样任务由照明和检测侧分担，为解决数字成像系统的欠采样问题提供了见解。
2019-05-13 eess.IV physics.optics
Microscopy of Bioelectric Potentials using Electrochromism
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Stanford University（斯坦福大学）；Wu Tsai Neurosciences Institute, Stanford University（斯坦福大学吴瑞神经科学研究所）；The Grainger College of Engineering, University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格莱恩工程学院）
本研究提出了一种基于高NA显微镜物镜的电色光学记录方法，实现了对心肌细胞动作电位的高灵敏度单细胞记录，推动了生物电信号研究的进展。
2026-09-10 physics.bio-ph physics.optics
Single-shot quantitative polarization imaging of complex birefringent structure dynamics
偏振光显微镜是探测双折射材料中分子有序性和取向的有力工具。虽然大量的偏振光显微镜技术经常被用来访问双折射样品的稳态特性，在毫秒时间尺度上的分子取向动力学的定量测量仍然是一个挑战。我们提出了偏振剪切干涉显微镜（PSIM），一个单次拍摄定量偏振成像方法，用于提取的延迟和取向角的激光束通过光学各向异性标本具有复杂的结构。通过对旋转波片和牛肌腱样品的成像，验证了PSIM的测量精度和成像性能。我们证明，PSIM可以量化的动态流动的溶致变色液晶在微流体通道中的成像速度为每秒506帧（仅受相机帧速率的限制），具有高达$350\times350 μm^2$和$\sim 2μm$的衍射极限空间分辨率的视场。我们设想，PSIM将找到一个广泛的应用在动态条件下的定量材料表征。
2021-06-11 cond-mat.soft physics.optics
Structured Illumination Microscopy using Digital Micro-mirror Device and Coherent Light Source
结构照明显微镜（SIM）通过激发具有高对比度、高频正弦图案的样品，实现了加倍的空间分辨率。这样的激发图案可以通过从光栅衍射的多个激光束之间的干涉来生成。在SIM中，2D成像需要9个图案，3D成像需要15个图案。与光栅的机械运动相比，光电器件提供了激发模式的快速切换，其中数字微镜器件（DMD）在工业上最为常见。在这里，我们的DMD模型的闪耀光栅和报告的快速和成本效益的SIM。我们自制的基于DMD的激光干涉结构照明显微镜（DMD-ISIM）系统以两倍的空间分辨率揭示了哺乳动物细胞中的核孔复合体和微管。我们进一步提出了多色DMD-ISIM系统的仿真，这可能会充分利用DMD-ISIM的功率。
2019-10-30 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Fluorescence-Enhanced Mid-Infrared Photothermal Microscopy
中红外光热显微技术是一种利用可见光感应脉冲红外激光诱导的光热效应的新型化学成像技术。该技术提供亚微米空间分辨率的红外光谱信息，并实现活细胞和生物体的红外光谱和成像。然而，目前的中红外光热成像灵敏度受到散射对温度的弱依赖性的影响，并且图像质量容易受到散射引起的散斑的影响。在这里，我们提出了一种新版本的中红外光热显微镜，其中利用热敏荧光探针来感测中红外光热效应。荧光强度可以在每开尔文1%的水平上调制，这是散射强度调制的100倍。此外，荧光发射没有斑点，因此大大提高了图像质量。此外，荧光团可以靶向特定的细胞器或生物分子，从而增强光热成像的特异性。光谱保真度通过对单个细菌进行指纹识别来确认。最后，光漂白的问题是成功地解决了通过开发一个宽视场的荧光增强的中红外光热显微镜，它允许视频速率键选择性成像的生物标本。
2021-04-06 physics.optics q-bio.BM
The Limits of Resolution and Dose for Aberration-Corrected Electron Tomography
像差校正电子显微镜可以分辨自然界中最小的原子键长。然而，高会聚角，使壮观的分辨率在2D有未知的3D分辨率限制，但最小的对象（$< \sim$ 8纳米）。我们显示像差校正电子断层扫描提供了新的限制，通过测量几个焦平面在每个标本倾斜的三维成像。我们提出了一个像差校正电子断层扫描的理论基础，建立解析描述的分辨率，采样，对象的大小，剂量-直接类比的Crowther-Klug标准。值得注意的是，像差校正扫描透射电子断层扫描可以测量完整的3D样本结构的无限对象大小到指定的截止分辨率。当倾斜增量为会聚角的两倍或更小时，这打破了已建立的Crowther限制。前所未有的3D分辨率可以在大型物体上实现。原子3D成像（1 $\unicode{xC5}$）允许使用可用的显微镜和适度的样品倾斜（$<$ 3 $^\circ$）跨越大于焦深（例如$>$ 20 nm）的扩展对象。此外，像差校正断层摄影遵循剂量分级规则，其中指定的总剂量可以在倾斜和散焦之间划分。
2020-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multi-pass transmission electron microscopy
费曼曾要求物理学家建造更好的电子显微镜，以便能够观察生物学的工作。虽然电子显微镜现在可以提供原子分辨率，但电子束引起的样品损伤妨碍了敏感材料（例如单个蛋白质或聚合物）的高分辨率成像。在这里，我们使用模拟表明，一个电子显微镜的基础上simplemulti-pass测量协议，使单一蛋白质的成像在减少损害和纳米分辨率，而不平均结构overmultiple图像。虽然我们证明了特定的成像目标的方法，该方法是广泛适用的，预计将提高分辨率和灵敏度的范围内的电子显微镜成像模式，包括，例如，扫描和光谱技术。该方法实现了一个量子力学的最优策略，在理想化的条件下，可以被认为是无相互作用的。在实践中，一个数量级的减少在同等分辨率的损害似乎是可行的。
2016-12-15 physics.ins-det physics.optics quant-ph
The instrument response function in air-based scanning tunneling microscopy
在透射电子显微镜（TEM）中，点和线分辨率之间的区别是因为成像亚0.2 nm条纹的能力是成像单个原子的必要条件，但不是充分条件。在扫描针尖显微镜，在TEM，仪器响应的经验数据应先于断言点分辨率。在"慢扫描极限“中，时域噪声和几何效应解耦，并且尖端形状可以起到2维脉冲响应函数的作用。我们在这里表明，核轨道坑可以用来定量测量尖端几何形状与纳米级的分辨率在三维空间，固定的尖端图像提供了一个强大的测量时域不稳定性，当这些数据之前和之后采取的成像未知，图像与仪器响应定量约束实验是可能的。试样引起的尖端效应也成为可测量的原位。
1997-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Label-free subcellular 3D imaging of oocytes and embryos via reflection matrix microscopy
PSL University, ESPCI Paris, CNRS, Institut Langevin（巴黎文理研究大学，巴黎高等物理化工国立工程学院，法国国家科学研究中心，朗之万研究所）；OWLO SAS（OWLO公司）；INRAE, BREED（法国国家农业、食品与环境研究院，育种部门）
本文提出一种无需标记的反射矩阵显微镜平台，实现高分辨率的卵子和胚胎亚细胞三维成像，突破传统显微镜的深度和分辨率限制，用于辅助生殖技术中的卵子和胚胎筛选。
2026-04-16 eess.IV physics.med-ph physics.optics
Ptychographic lens-less polarization microscopy
双折射是光学各向异性材料的固有特性，广泛应用于从材料表征到临床诊断的各种成像应用中。偏振光显微镜能够实现光学各向异性样品的高分辨率、高对比度成像，但它与偏振器/分析器的机械旋转和相对复杂的光学设计相关。在这里，我们提出了一种新形式的偏振敏感显微镜能够双折射成像的透明物体，而无需光学透镜和任何移动部件。我们的方法利用光学掩模调制偏振图像传感器和单输入状态LED照明设计，通过重叠关联相位检索获得物体的复杂和双折射图像。使用像素分辨率为3.45 μ m的相机，该方法在59.74 mm^2的视场内实现了半间距分辨率为2.46 μ m的双折射成像，这对应于990万像素的空间带宽积。我们展示了高分辨率，大面积的双折射成像能力，我们的方法，提出了各种各向异性物体的双折射图像，包括双折射分辨率的目标，液晶聚合物消偏器，结晶，和切除的小鼠眼睛和心脏组织。
2022-09-13 eess.IV physics.optics
Background-Suppressed High-Throughput Mid-Infrared Photothermal Microscopy via Pupil Engineering
中红外光热显微技术具有空间分辨率高、特异性强等优点，是一种很有前途的无标记化学成像技术。最近开发的宽视场MIP成像模式大大提高了速度，并实现了微米级受试者的高通量成像。然而，来自亚波长颗粒的弱散射信号由于强背景光而变得与散粒噪声不可区分，导致有限的灵敏度。在这里，我们展示了背景抑制化学指纹在一个单一的纳米粒子的水平，通过选择性地衰减反射光，通过光瞳工程在收集path. We的技术提供了超过三个数量级的背景抑制准暗场照明epi配置，而不牺牲横向分辨率。我们证明了6倍的信号与背景噪声比的改善，允许同时检测和歧视的数百个纳米粒子在70微米× 70微米的视野。提供了一个全面的光热成像的理论框架，并通过300和500~nm的PMMA珠进行了实验验证。我们的技术的多功能性和实用性通过高光谱暗场MIP成像S。aureus和E.大肠杆菌
2021-04-13 physics.app-ph physics.optics
Quantum correlations overcome the photodamage limits of light microscopy
最先进的显微镜使用强烈的激光，可以严重干扰生物过程，功能和生存能力。这引入了只有量子光子相关性才能克服的性能限制。在这里，我们证明了这一绝对的量子优势，实现超出传统显微镜的无光损伤能力的信噪比。我们在相干拉曼显微镜中实现了这一点，我们用它来成像细胞内的分子键，具有量子增强的对比度和亚波长分辨率。这允许观察否则无法分辨的纳米级生物结构。相干拉曼显微镜允许高度选择性的生物分子指纹在未标记的标本，但光损伤是许多应用的主要障碍。通过证明这个障碍是可以克服的，我们的工作提供了一条通往灵敏度和成像速度的数量级改进的道路。
2020-09-12 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Development of a new phase-retrieval algorithm from a single-shot image for X-ray schlieren microscopy
Institute of Materials Structure Science, High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构物质结构科学研究所）；Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（日本高等研究院）；Graduate School of Pure and Applied Sciences（理学院）；University of Tokyo（东京大学）
本研究提出一种从X射线纹影图像中恢复相位的新算法，利用滤波傅里叶变换法可从单次拍摄的透明弱相位物体纹影图像重建相位图，并在硬X射线波段完成原理验证实验。
2025-10-29 physics.data-an physics.ins-det physics.optics
Ultrafast Chemical Imaging by Widefield Photothermal Sensing of Infrared Absorption
红外（IR）成像已成为一种可行的工具，用于可视化样品中的各种化学键。然而，性能在空间分辨率和成像速度方面受到限制。在这里，而不是测量的IR光束的损失，我们利用脉冲可见光的高通量，宽视场感测的瞬态光热效应引起的吸收单个中红外脉冲。为了提取这种瞬态信号，我们构建了一个虚拟锁定相机，该相机与可见光探针和IR光脉冲同步，具有精确控制的延迟，允许由探针脉冲宽度确定的亚微秒时间分辨率。我们的宽视场光热传感（WPS）显微镜能够以高达每秒1250帧的速度进行化学成像，具有高光谱保真度，并提供亚微米空间分辨率。WPS显微镜能够对活细胞和纳米级聚合物薄膜进行成像，为生物和材料样本的高通量表征开辟了一条新途径。
2018-11-18 physics.app-ph physics.optics
Simultaneous amplitude and phase modulation for wide-field nonlinear microscopy applications
在宽场非线性显微镜中，通过纯相位空间光调制器（SLM）的波前调制允许实现来自生物样品的特定感兴趣区域（ROI）的同时双光子激发和荧光发射。这基本上是在显微镜的照明路径上通过将计算机生成的全息图（CGH）重建到样品平面上来完成的。然而，由于双光子吸收（TPA）本质上是强度平方相关的过程，并且迭代傅里叶变换算法（IFA）只能用重建的CGH近似选定ROI的照明，因此信号采集和/或图像形成都可能在很大程度上受到照明图案的空间不规则性的影响。此外，与相干光在所选ROI处的叠加相关联的散斑阻止了基于CGH的照明策略成功地用于大面积（大于50 × 50 $μ$ m2）激发任务。为了克服这些限制，我们提出了一种替代的复杂照明方法（CIM）能够产生同时的大面积ROI的非线性激发与完全控制的振幅和相位的光学波前。我们实验证明空间均匀照明，以及结构化照明与用户定义的强度水平到微米，但大面积的ROI。此外，提供了一个宽场二次谐波产生（SHG）的概念验证实验。我们相信，拟议的CIM可以找到应用在宽场非线性显微镜，特别是加快信号采集时间或改善双光子成像。
2019-03-15 physics.ins-det physics.optics
Deep Learning Microscopy
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California NanoSystems Institute (CNSI), University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所）；David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院）
我们证明，一个深神经网络可以显着提高光学显微镜，提高其空间分辨率在一个大的视野和景深。在训练之后，该网络的唯一输入是使用常规光学显微镜获取的图像，而无需对其设计进行任何更改。我们使用低分辨率和宽视场系统成像的各种组织样本对这种深度学习方法进行了盲测试，其中网络快速输出具有显着更好分辨率的图像，与更高数值孔径镜头的性能相匹配，也显着超过其有限的视场和景深。这些结果对于使用显微镜工具的各种领域都是变革性的，包括例如，生命科学，其中光学显微镜被认为是最广泛使用和部署的技术之一。除了这些应用之外，我们提出的方法还广泛适用于其他成像模式，也跨越电磁谱的不同部分，并且可以用于设计计算成像器，这些成像器随着继续对样本进行成像并在不同模式之间建立新的转换而变得越来越好。成像模式。
2017-05-12 cs.CV cs.LG physics.optics
Quantitative Histopathology of Stained Tissues using Color Spatial Light Interference Microscopy (cSLIM)
临床上的组织活检评估需要定量的疾病标志物用于诊断，最重要的是，预后。在这些新技术中，定量相位成像（QPI）已经证明了组织病理学的前景，因为它通过折射率揭示了内在的组织纳米结构。然而，绝大多数过去的QPI研究依赖于成像未染色的组织，这破坏了既定的标本处理。在这里，我们提出了彩色空间光干涉显微镜（cSLIM）作为一种新的整体载玻片成像方式，进行干涉成像与彩色探测器阵列。因此，cSLIM在单次扫描中产生病理学家熟悉的内在组织相位图和标准彩色明场图像。我们对196例乳腺癌患者的研究结果表明，cSLIM不仅可以提供诊断信息，还可以从肿瘤微环境中胶原纤维的排列中提供预后信息。通过简单的数学归一化校正染色对组织相位图的影响。这些特征可能会减少新cSLIM技术的临床转化障碍。
2018-06-10 physics.med-ph physics.optics q-bio.TO
Differentiable Microscopy for Content and Task Aware Compressive Fluorescence Imaging
Harvard University（哈佛大学）
吞吐量和图像质量之间的权衡是显微镜中的固有挑战。为了提高吞吐量，压缩成像对图像信号进行欠采样;然后通过求解正则化逆问题来计算重建图像。与传统正则化器相比，基于深度学习的方法在压缩和图像质量方面取得了更大的成功。然而，在采集过程中的信息损失设置压缩边界。因此，在不损害重建质量的情况下进一步改进压缩是一个挑战。在这项工作中，我们提出了可微分压缩荧光显微镜（$\partial μ$），其中包括一个现实的可推广的前向模型与学习的物理参数（如照明模式），和一个新的物理启发的逆模型。级联模型是端到端可微的，并且可以通过训练数据学习最优压缩采样方案。利用我们的模型，我们对各种压缩显微镜配置进行了数千次数值实验。我们发现，学习采样编码的重要信息的标本在显微镜的照明领域允许更高的压缩高达$\times 1024$。我们进一步利用我们的任务感知压缩框架。实验结果表明，优越的性能上的细胞分割任务。
2023-03-04 cs.CV eess.IV physics.optics
Synthetic aperture interference light (SAIL) microscopy for high-throughput label-free imaging
定量相位成像（QPI）是一种有价值的无标记模式，由于其从基础生物学到临床应用的广泛潜力而获得了极大的兴趣。大多数现有的QPI系统通过干涉测量或强度测量的非线性迭代相位重建来测量微观物体。然而，所有成像系统都折衷了视场的空间分辨率，反之亦然，即，受限于有限空间带宽积。目前的解决方案，这个问题涉及计算相位恢复算法，这是耗时的，往往会受到收敛问题。在这篇文章中，我们提出了合成孔径干涉光（SAIL）显微镜作为一种新的模式，高分辨率，宽视场QPI。该方法采用低相干干涉法直接测量不同照明角度下的光学相位延迟，并产生大空间带宽积（SBP）的无标记成像。我们验证了标准样品上的SAIL的性能，并说明了在各种标本上的生物医学应用：病理切片，整个昆虫和大型培养物中的动态活细胞。重建图像的合成数值孔径为0.45，视场为2.6 x 2.6 mm2。由于其直接测量的相位信息，SAIL显微镜不需要很长的计算时间，消除了数据冗余，并始终收敛。
2021-04-15 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Attosecond electron microscopy by free-electron homodyne detection
本文提出FREHD自由电子零差检测方法，利用相位受控参考相互作用提取电子波函数调制，实现几纳米、亚周期分辨率的等离激元场相位分辨成像。
2023-05-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Universal adaptive optics for microscopy through embedded neural network control
针对自适应光学难以跨显微镜模态迁移的问题，本文提出嵌入控制环路、融合成像物理的轻量神经网络无波前传感器AO方法，并在多种显微镜和复杂条件下验证其优越校正性能与可解释性。
2023-04-25 cs.SY eess.IV eess.SY
