Single-shot Stokes polarimetry enabled by a digital micromirror device
斯托克斯偏振测量（SP）是一种强大的技术，其仅使用强度测量就能够实现光束的偏振态（SoP）的空间重建。给定的SoP是从一组四个斯托克斯参数，这是通过四个强度测量计算重建。由于所有强度都必须在同一光束上进行，因此通常一个接一个地单独记录每个强度，从而将其性能限制在具有静态SoP的光束上。在这里，我们提出了一种新的技术，以扩展SP到更广泛的光束与动态SoP。这种技术依赖于叠加原理，该原理能够将输入光束分成相同的副本，从而允许同时测量所有强度。为此，输入光束通过显示在偏振不敏感数字微镜器件（DMD）上的多路复用数字全息图，该器件允许对每个光束进行独立和快速（20 kHz）的操纵。我们能够以高保真度和高达27 Hz的速度可靠地重建SoP，为结构光的实时偏振测量铺平了道路。
2019-09-21 physics.optics
Generation and characterization of complex vector modes with digital micromirror devices
具有空间变化偏振分布的复矢量光模式最近已经成为热门话题，使得在许多研究领域中能够开发新的应用。关键是它们与量子纠缠态具有显著的相似性，这是由于空间和偏振自由度（DoF）之间的不可分离性。因此，对生成方法和表征技术多样化的需求急剧增加。在这里，我们提出了一个全面的教程，使用DMD的矢量模式的生成和表征，提供详细的技术实施，充分利用数字微镜器件（DMD）的无与伦比的优势，如其高刷新率和偏振独立性。我们首先简要描述DMD的工作原理，然后详细解释塑造任意矢量模式的一些方法。最后，我们描述了一些针对矢量光束的实时表征技术。本教程强调了DMD作为复杂矢量光场生成和表征的替代工具的价值，在各种应用中具有重要意义。
2021-09-03 physics.optics
Optical diffraction tomography using a digital micromirror device for stable measurements of 4-D refractive index tomography of cells
光学衍射层析成像（ODT）是一种能够测量透明样品三维折射率分布的干涉显微技术。测量了样品在不同角度照射下的多幅二维全息图，根据衍射理论重建了样品的三维折射率图。由于其非侵入性、无标记、定量成像等优点，已被证明是研究生物细胞的有力工具。最近，我们的研究小组已经证明，数字微镜器件（DMD）可以用于快速、精确地控制ODT的照明光束。在这项工作中，我们系统地研究了配备DMD的ODT系统的精度和稳定性，并提出了各种类型的活细胞，包括人红细胞，白细胞，肝细胞和HeLa细胞的3-D和4-D RI图的测量。此外，我们还证明了有效的可视化的3-D RI地图的活细胞利用测量的信息RI断层图像的值和梯度。
2016-02-10 physics.optics
Measuring the non-separability of vector modes with digital micromirror devices
复矢量光场的空间自由度和偏振自由度之间的不可分离性近年来引起了人们的广泛关注。其关键在于它与量子纠缠的显著相似之处，在经典水平上观察到类似量子的效应。至关重要的是，这种并行性使得能够使用量子工具来量化空间和偏振DoF之间的耦合，通常使用偏振相关空间光调制器来实现，这需要将矢量模式分裂成两个正交偏振分量。在这里，我们提出了一种新的方法，依赖于使用数字微镜器件（DMD）的快速，廉价和强大的测量，而偏振无关的性质，使所需的测量的数量减少了25%。我们测试了我们的方法实验上的圆柱矢量模式与任意程度的不可分离性，在各种各样的应用程序中具有很大的相关性。我们的技术提供了一种可靠的方法来实时测量矢量模式的纯度，为新的应用铺平了道路，其中不可分离的程度可以用作光学传感器。
2020-01-02 physics.optics
Binary holograms for shaping light with digital micromirror devices
本文系统探讨了基于数字微镜器件的二进制全息图光场整形方法，分析了像素数量与二进制调制对可编码复数值和自由度的限制，并提出通过合理选择全息图类型、参数及对准方式可在衍射效率与整形精度之间取得最佳折中。
2023-11-28 physics.optics
Spatial coherence characterization of light: an experimental study using digital micromirror devices
我们目前的空间相干测量的部分相干光在远场的非相干光源的实验装置的基础上的Spanpson-Wolf和Partanen-Turunen-Tervo实验，要执行的背景下，可能的太阳相干测量空间仪器。光学装置包括一个望远镜，从一个源的光准直，它由一个数字化的数字化装置实现的杨氏双孔径干涉仪在回射模式，并最终成像的源到一个二维传感器。两个不同直径的多模光纤被用作非相干源，并得到的光谱相干度的结果进行比较，从范西特-泽尼克定理的预期。
2020-09-24 physics.ins-det physics.optics
Kilohertz binary phase modulator for pulsed laser sources using a digital micromirror device
像差校正、数字相位共轭或图案化光刺激需要光学波前的受控调制。对于这些应用中的大多数，期望以可能的最高速率控制波前调制。数字光调制器件（DMD）提供了一种实现高速调制的具有成本效益的解决方案，并且通常超过更传统的液晶空间光调制器的速度，但是其本质上是幅度调制器。此外，由DMD衍射引起的空间色散使其与脉冲激光源的使用复杂化，例如在非线性显微镜中使用的那些。在这里，我们介绍了一种基于DMD的光学设计，克服了这些限制，实现无色散的高速二元相位调制。我们表明，这种相位调制可以用来切换通过二进制相位模式在20 kHz的速率在双光子激发荧光应用。
2018-01-08 physics.ins-det physics.optics
Spatial coherence control and analysis via micromirror-based mixed-state ptychography
由数字光调制器（DMD）和空间光调制器（SLM）实现的对相干光的相位和振幅的灵活和快速控制已经成为光镊、非线性显微镜和波前整形的最新进展的驱动力。相比之下，由于缺乏能够实现联合分析和控制序列的工具，工程空间部分相干光仍然非常难以实现。在这里，我们报告了一种方法，结合准单色，热源和DMD连同重叠关联扫描显微镜的相干工程。报道的方法开辟了新的路线，以低成本的相干控制，与微操作，纳米光子学和定量相衬成像的应用。
2021-01-19 physics.optics
Low-coherent optical diffraction tomography by angle-scanning illumination
我们提出并实验证明时间低相干光学衍射层析（ODT）的角度扫描马赫-曾德尔干涉术的基础上。利用一种基于衍射倾斜的数字干涉仪，我们成功地在每个扫描序列中保持了非相干光的全场干涉。对时间非相干光的ODT重建原理进行了全面的回顾和发展。讨论了非相干照明的几个局限性，如非色散假设、光学切片能力和照明角度的限制。使用所提出的设置和重建算法，我们成功地证明了低相干ODT成像的微球，人红细胞，和真核细胞。
2018-07-16 physics.optics
A high-speed, wavelength invariant, single-pixel wavefront sensor with a digital micromirror device
光束的波前测量是一项复杂的任务，通常需要一系列空间分辨的光强测量。例如，可以使用检测器阵列来测量未知激光束的横向平面中的局部相位梯度。在大多数情况下，重构波前的分辨率由探测器的分辨率决定，在红外情况下，探测器的分辨率受到严重限制。在这里，我们采用了数字微镜器件（DMD）和单像素探测器（即没有空间分辨率），以展示具有良好分辨率的未知波前的重建。我们的方法利用模式分解的入射场的DMD，使波前测量在4 kHz的可见光和红外激光束。
2019-01-22 eess.IV physics.optics
Hybrid photoacoustic/fluorescence microendoscopy through a multimode fiber using speckle illumination
我们提出了一个超薄的混合成像系统的基础上，多模光纤（MMF）和光纤水听器，结合光学分辨率光声和荧光显微镜。为了控制在MMF的远端尖端处的照明，数字调制装置调制耦合到MMF中的光学波前的振幅。一组预校准的散斑照明与重建算法相结合，使得位于光纤远端的样品的光声和荧光成像具有由数值孔径确定的光学分辨率。
2018-12-28 physics.optics
High-speed full-color computer-generated holography using a digital micromirror device and fiber-coupled RGB laser diode
本研究提出一种使用数字微镜器件和光纤耦合RGB激光二极管的高速全彩计算全息方法，通过时分复用和平面波补偿实现高真实感三维视频显示。
2023-10-16 cs.GR physics.optics
Imaging with two-axis micromirrors
我们演示了一种通过使用双轴倾斜扫描仪扫描场景来创建数字图像的方法。对于每个不同的方向，我们从镜子中提取一个灰度值，并将它们组合起来形成一个合成图像。这允许人们选择样本的分布，因此原则上可以创建可变分辨率图像。我们证明了这种能力来控制分辨率，通过构建一个电压表，补偿的非线性响应的镜子所施加的电压。
2006-08-11 physics.ins-det physics.optics
Achieving $10^{-5}$ level relative intensity crosstalk in optical holographic qubit addressing via a double-pass digital micromirror device
University of Waterloo（滑铁卢大学）
本文提出利用双程数字微镜器件实现低串扰的全息量子比特地址方案，通过傅里叶平面全息和图像平面滤波技术，将串扰降至10^{-5}水平，适用于受困离子等量子系统。
2025-12-15 physics.optics quant-ph
Time-multiplexed structured illumination using a DMD for optical diffraction tomography
提出了一种新的光学衍射层析成像（ODT）照明控制技术。通过使用数字微镜器件（DMD）显示时间平均正弦图案来控制光束照明的各种空间频率。与以前使用二元Lee全息图的方法相比，本方法消除了可能恶化ODT图像质量的不需要的衍射光束。我们通过重建不同样品的三维折射率（RI）分布证明了本方法的能力，具有高的RI灵敏度（σ Δn = 3.15 +/- 10-4），并重建生物样品的三维RI断层图像，提供了关于样品的定量生化和形态学信息。
2016-11-29 physics.bio-ph physics.optics
High Spatiotemporal Resolution Structured Illumination Microscopy: Principle, Instrumentation, and Applications
本文综述了结构光照明显微术（SIM）在实现高时空分辨率方面的原理、仪器发展及其在活细胞成像等生物研究中的应用与前景。
2025-02-06 physics.optics
All-Digital Stokes Polarimetry with a Digital Micro-mirror Device
斯托克斯偏振测量被广泛用于提取光场的偏振结构，通常从六个测量中提取，尽管它只能从四个测量中提取。为了测量所需的强度，大多数方法都是基于光学偏振组件。在这项工作中，我们提出了一种全数字化的方法，使所有四个强度的快速测量没有任何移动组件。我们的方法采用了偏振光栅（PG），同时项目的传入模式到左，右圆偏振态，其次是偏振不敏感的数字微镜器件（DMD），它以数字方式引入相位延迟其余两个偏振态的收购。我们演示了如何将这种技术应用于测量的SOP，矢量和光场的模内相位，没有任何移动组件，并显示出良好的协议与理论，说明快速，实时偏振。
2020-01-24 physics.optics
(DH) Noise and Signal scaling factors in Digital Holography in week illumination: relationship with Shot Noise
我们进行了离轴外差全息与非常弱的照明记录全息图的对象和没有对象照明在同一采集运行。我们已经实验研究，如何重建的图像信号（有照明）和噪声背景（没有）规模与全息采集和重建参数，即帧数，和重建空间滤波器的像素数。第一个参数与时间上的检测的频率带宽有关，第二个参数与空间上的带宽有关。信号与背景的比率大致上像时间和空间上的带宽的倒数那样变化。我们还比较了噪声背景与蒙特卡罗模拟计算的理论散粒噪声背景。实验和蒙特卡罗噪声背景吻合得很好。
2012-10-15 physics.optics
Multiplexing 200 modes on a single digital hologram
光的空间形状的按需剪裁在各种各样的研究领域中具有很大的相关性。计算机控制的设备，如空间光调制器（SLM）或数字微镜设备（DMD），为此提供了非常准确，灵活和快速的全息手段。值得注意的是，数字全息术提供了同时产生多个光束（复用），这是一种在许多领域具有众多应用的工具。在这里，我们提供了一个关于光束复用的独立教程。通过几个实例，逐步引导读者了解光束整形和复用的过程。此外，对SLM的复用能力进行了定量分析，对单个SLM上可以复用的最大光束数进行了分析，在单个全息图上显示了大约200种模式。
2017-06-19 physics.optics
A practical guide to Digital Micro-mirror Devices (DMDs) for wavefront shaping
Institut Langevin, ESPCI Paris, PSL University, CNRS, France（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）
本文提供了一种实用指南，帮助在波前塑形中利用数字微镜器件，通过解决其设计缺陷来优化性能。
2026-01-14 physics.optics
Collection of micromirror-modulated light in the single-pixel broadband hyperspectral microscope
数字图像处理设备（DMD）是计算光学系统的重要组成部分，它是一种利用所需图案对图像进行编码的手段。最突出的是它在所谓的单像素相机实验中的使用。该实验通常需要从光纤或光谱仪狭缝的小区域上的相对大的芯片有效且均匀地收集光。此外，DMD充当衍射元件的事实使这种努力复杂化，这导致光收集中的严重光谱不均匀性。我们研究了在宽光谱范围内通过拂帚式高光谱相机的光衍射的效果。基于这些知识，我们设计了各种不同的光收集方法。我们绘制了每种配置的效率和光谱均匀性-即其将光耦合到在可见光和IR范围（高达2500 nm）内工作的商用光纤光谱仪的能力。我们发现积分球提供均匀的光收集，然而，其效率非常低。性能参数之间的最佳折衷由工程漫射器与离轴抛物柱面镜的组合提供。我们使用这种配置来创建能够在宽光谱范围（400-2500 nm）内对样品进行高光谱成像的计算显微镜。我们认为这样的设置是在宽光谱范围内进行光谱分辨透射显微镜的理想工具。
2020-01-20 physics.ins-det physics.optics
Coupling to Modes of a Near-Confocal Optical Resonator Using a Digital Light Modulator
数字微镜器件（DMD）提供了一个强大的平台，利用它来实现数字全息，在原则上提供的手段，快速产生传播的横向电磁场与任意模式分布在可见光和红外波长。我们使用DMD探测法布里-珀罗腔在单模和近简并共焦配置。由于入射光场和腔模之间的空间重叠，可以以优异的特异性泵浦腔的任意模式。
2016-03-22 physics.optics quant-ph
Quasi one-shot full-field surface profilometry using digital diffractive-confocal imaging correlation microscope
提出了一种基于数字化衍射-共焦成像相关显微镜的一次全视场表面轮廓测量方法。光学配置采用共焦显微镜设置，并建立在DMD上，以产生特定的针孔阵列排列，以最大限度地减少串扰效应。提出了一种由针孔衍射图样生成归一化互相关深度响应曲线的新方法。使用这种方法，亚微米尺度的深度可以检测到高精度和精度。
2019-04-11 physics.app-ph physics.optics
High sampling rate single-pixel digital holography system employing a DMD and phase-encoded patterns
提出一种基于DMD和相位编码图案的高采样率单像素数字全息系统，利用DMD高速切换和计算机生成全息图实现快速复振幅记录与重建，并能在漫射器存在时恢复相位和振幅信息。
2024-02-06 physics.optics
Low-intensity illumination for lensless digital holographic microscopy with minimized sample interaction
本研究探讨低光子预算下无透镜数字全息显微镜的成像能力，证明低至7微瓦照明仍可保持高对比度与分辨率，并通过数值去噪抑制噪声，为活细胞成像提供最小化样品相互作用的新方法。
2023-05-15 physics.optics
Optical Phase Imaging Using Synthetic Aperture Illumination and Phase Retrieval
我们使用相位恢复来实现合成孔径成像。与数字全息相比，该技术更简单，更便宜，更稳定。
2016-09-05 physics.optics
Digital Holography at Shot Noise Level
通过适当的数字全息装置的布置，结合离轴几何结构和相移记录条件，在实时实验中可以达到理论上的散粒噪声极限，我们研究了这个极限，并表明它对应于用于重建全息图像的整个帧序列中的每像素1个光电子。我们还表明，Monte Carlo噪声合成到高照度下测量的全息图上，使在非常弱的照度下测量的实验全息图的准确表示。这些结果进行了实验验证。
2012-06-07 physics.optics
Subwavelength resolution Fourier ptychography with hemispherical digital condensers
傅立叶重叠关联成像（FP）是一种很有前途的计算成像技术，它克服了传统显微镜的物理空间带宽积（SBP）的限制，通过应用角度多样性照明。然而，到目前为止，由于具有弱照明亮度和衰减的信噪比（SNR）的平面几何形状的约束，利用商用LED板可实现的有效成像数值孔径（NA）仍然限于利用4 × 0.1 NA物镜的0.3至0.7的范围。因此，可实现的最高半节距分辨率通常被限制在500至1000 nm之间，这不能满足高分辨率生物医学成像应用的一些需求。虽然可以通过使用具有较大NA的较高放大率物镜而不是放大照明NA来提高分辨率，但是SBP在一定程度上被抑制，使得FP技术不那么吸引人，因为在该FP平台中视场（FOV）的减小比分辨率的提高大得多。在此，在本文中，我们首先提出了一个亚波长分辨率傅立叶重叠关联成像（SRFP）平台与半球形数字聚光器提供高角度可编程平面波照明的0.95 NA，获得了4X0.1NA物镜，在半-间距分辨率为244 nm，波长为465 nm，跨越14.60 mm 2的宽FOV，对应于245百万像素的SBP。我们的工作提供了一个重要的一步，FP对高NA成像应用，而不会scarfing的FOV，使其更加实用和吸引力。
2018-06-14 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
Structured illumination in Fresnel biprism-based digital holographic microscopy
数字全息显微镜可以采用结构照明（SI）结构来提高空间分辨率。在本文中，我们提出并证明了一个紧凑和简单的SI方法在一个自参考共路配置的DH显微镜。由光盘产生的SI图案和菲涅耳双棱镜形成的共光路离轴几何结构相结合，引入了一种低成本和高稳定性的系统，以实现对振幅和相位物体的成像，并使空间分辨率成倍提高。实验结果的情况下，一个标准的测试样品验证预测的分辨率增强相比，传统的成像仪。所提出的DH方法允许活细胞成像，与传统的DH显微镜相比具有显著提高的清晰度。
2022-02-17 physics.ins-det physics.med-ph physics.optics
Electrically-controlled digital metasurface device for light projection displays
光投影显示器在我们的现代生活中发挥着越来越重要的作用。包括液晶显示器和数字光调制设备的核心投影系统可以施加空间光调制并主动地成形光波。最近，超颖表面的出现彻底改变了纳米光子学的设计概念，使一个新的家庭的光学元件具有特殊的自由度。在这里，我们展示了一种基于光学元表面的光投影显示技术，称为数字元表面器件（DMSD）。DMSD中的每个超颖表面像素都是具有良好控制的可编程性和可寻址性的电可重构的。DMSD不仅可以连续地调制具有高对比度的光的强度，而且可以成形由每个超颖表面像素产生的光的波前，并且在任意全息图案之间动态地切换。我们的方法将为定制光投影设备的开发铺平道路。它还将以新的动力和鼓舞人心的概念推动动态光学超颖表面领域的发展。
2021-05-13 physics.app-ph physics.optics
Incoherent lateral shearing digital holographic microscopy
提出一种基于横向剪切数字全息显微镜的非相干定量相位成像技术，通过超过相干面积的剪切距离实现无伪影、高精度重建，并验证了其在生物样品动态无标记分析中的潜力。
2025-01-20 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
Speckle-free laser imaging
许多成像应用需要越来越明亮的照明源，从而促使用发光二极管（LED）、超发光二极管（SLD）和激光器替代传统的热光源。尽管它们的亮度，激光器和SLD不适合全视场成像应用，因为它们的高空间相干性导致称为散斑的相干伪影，破坏图像形成。我们最近证明，随机激光器可以被设计成提供低空间相干性。在这里，我们利用专门设计的随机激光器的低空间相干性在显著的光学散射的设置中执行无散斑全场成像。我们定量地表明，随机激光照明产生的图像表现出更高的分辨率比空间相干照明产生的图像。通过提供强烈的激光照明而没有相干伪影的缺点，随机激光器非常适合于从全场显微镜到数字光投影仪系统的全场成像应用。
2011-10-31 physics.optics
Digital video microscopy enhanced by deep learning
单粒子跟踪在科学和技术的许多分支中是必不可少的，从生物分子力的测量到胶体晶体的研究。目前的标准方法依赖于算法方法：通过微调几个用户定义的参数，这些方法可以非常成功地在低噪声条件下跟踪一种定义明确的粒子，具有恒定和均匀的照明。在这里，我们介绍了一种基于卷积神经网络的替代数据驱动方法，我们将其命名为DeepTrack。我们表明，DeepTrack优于算法方法，特别是在存在噪声和光照条件差的情况下。我们使用DeepTrack在非常嘈杂和不稳定的照明条件下跟踪光学捕获的粒子，标准算法方法失败。然后，我们演示了如何DeepTrack也可以用于跟踪多个粒子和非球形物体，如细菌，也在非常低的信噪比。为了使DeepTrack可供其他用户使用，我们提供了一个Python软件包，该软件包可以很容易地针对特定应用进行个性化和优化。
2018-12-06 cond-mat.soft physics.optics
Reference-less measurement of the transmission matrix of a highly scattering material using a DMD and phase retrieval techniques
本文研究了用最简单的光学装置测量高散射介质透射矩阵的实验方法。空间光调制是由数字光调制器件（DMD）执行的，允许高速率和高像素计数，但只能进行二进制幅度调制。我们仅使用强度测量，从而避免了对参考光束的需要。因此，必须通过相位恢复的信号处理技术来估计TM的相位。在这里，我们比较了四种不同的相位恢复原则的噪声实验数据。我们验证我们的估计TM的三个标准：质量的预测，奇异值的分布，和质量的聚焦。结果表明，贝叶斯相位恢复算法与变分方法提供了一个很好的折衷之间的计算复杂性和精度的估计。
2015-02-11 physics.optics
Adaptive Aperture Defocused Digital Speckle Photography
散斑照相术可用于监测固体表面的变形。测量特性，如范围或横向分辨率，在很大程度上取决于光学记录和照明设置。本文展示了如何，通过增加两个适当的穿孔掩模，系统的光学孔径可能会有所不同，从点到点，相应地适应的范围和分辨率，以当地的要求。此外，通过照射狭窄区域，可以独立于光学孔径来选择散斑大小，从而解除对其选择的重要约束。本文在数字散焦散斑照相法的框架内描述了这种新技术。测量范围和空间频率分辨率之间的相互限制关系在局部和整个研究表面时都出现。对它们进行了详细的推导和讨论。
2005-06-28 physics.ins-det physics.optics
Tunable Dynamic Speckle Generation for Random Illumination Microscopy
Aix Marseille Université, CNRS, Centrale Med, Institut Fresnel（艾克斯马赛大学、法国国家科学研究中心、中央理工梅德学院、费斯奈尔研究所）；Department of Engineering Science, University of Oxford（牛津大学工程科学系）；Morgridge Institute for Research（莫格里奇研究所）
本文提出了一种低成本的液晶散斑发生器，用于实现高分辨率的宽场随机照明显微镜，提升了横向空间分辨率和轴向分辨率。
2026-02-27 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Nonlinear digital imaging
非线性成像系统可以超越线性光学的限制，但迄今为止，它们都依赖于物理介质（例如晶体）来工作。这些材料都受到其物理特性的限制，例如频率选择性，环境敏感性，时间行为和固定的非线性响应。在这里，我们表明，电光空间光调制器（SLM）可以取代传统的非线性介质，提供的对象和调制器上的图案的形状之间的反馈。该反馈创建设计者照明，其将自适应光学的领域推广为包括对象相关图案。与物理介质不同，SLM响应可以提供任意数学函数，在宽带上高速工作，并且在高功率和单光子水平下同样工作良好。我们证明了该方法的实验相干和非相干光。
2015-07-30 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
Computational illumination for high-speed in vitro Fourier ptychographic microscopy
我们展示了一种新的计算照明技术，实现了大的空间带宽时间的产品，定量相位成像的未染色的活体样品在体外。显微镜镜头可以具有大视场（FOV）或高分辨率，而不是两者兼而有之。傅立叶重叠关联显微镜（FPM）是一种新的计算成像技术，它通过融合来自不同照明角度拍摄的多个图像的信息来规避这一限制。结果是具有宽FOV和高分辨率的千兆像素级图像，即大空间带宽积（SBP）。FPM具有革命性的显微镜的巨大潜力，并已在数字病理学中得到应用。然而，它的缺点是采集时间长（大约几分钟），限制了吞吐量。更快的捕获时间不仅可以提高成像速度，而且还可以研究实时样本，其中运动伪影会降低结果。与固定（例如病理学）载玻片相比，活样本在各种空间和时间尺度上不断演变。在这里，我们提出了一种新的信源编码方案，以及实时硬件控制，以实现0.8 NA分辨率在一个4x FOV与亚秒级捕获时间。我们提出了一种改进的算法和新的初始化方案，这使得强大的相位重建长时间的实验。我们提出了第一个FPM的结果，在体外细胞培养的增长和融合，捕捉视频的亚细胞动力学现象在流行的细胞系进行分裂和迁移。我们的方法打开了FPM的应用程序与现场样品，观察罕见的事件在空间和时间。
2015-09-20 physics.optics
The effects of spatiotemporal coherence on interferometric imaging
照明相干性在各种成像系统中起着重要作用，从显微镜、计量学、数字全息术、光学相干断层扫描到超声成像。在这里，我们提出了一个系统的研究程度的时空相干照明（DSTCI）对成像质量的影响。将具有任意DSTCI的光场分解为具有时空频率成分的小波，定量研究了其对图像质量的影响。结果表明，当DSTCI降低时，对斑点噪声的降低具有协同效应。本研究提供了一种系统控制DSTCI的方法，其结果为DSTCI对成像质量的影响提供了必要的参考。我们相信，所提出的方法和结果可以在各种成像系统中实现，用于表征和提高成像质量。
2016-10-25 physics.optics
The noisy image retrieval for fluorescence digital microscopy
研究了消除显微镜光路中光学元件非线性引起的相位和振幅畸变的有效光学工具。这个鲁棒的过程描述了简单的理论模型被证明是成功的修复噪声与信号比接近100的图像。它表明，范Cittert-Zernike定理提供了足够的描述不完善的显微镜下工作的相干和非相干照明条件下，并有混浊介质的对象和中间平面。
2004-04-21 physics.med-ph physics.optics
Computational structured illumination for high-content fluorescent and phase microscopy
高内涵生物显微镜的目标是在大视场（FOV）内进行高分辨率成像。最近的工作表明，计算成像可以为高内容显微镜提供有效的解决方案。在这里，我们使用散斑结构照明显微镜（SIM）作为一个强大的和具有成本效益的解决方案，用于高含量的荧光显微镜，同时高含量的定量相位（QP）。这种多模式兼容性对于需要交叉相关生物学分析的研究至关重要。我们的方法使用横向平移的透明胶带来生成跨大FOV的高分辨率散斑照明图案。然后，定制优化算法联合重建样品的超分辨率荧光（非相干）和QP（相干）分布，同时对系统缺陷进行数字校正，例如未知的散斑照明图案、系统像差和图案平移。除了以前的线性SIM作品，我们实现了4倍的物镜的衍射限制的原生分辨率的分辨率增益，导致700 nm的荧光和1.2 um的QP分辨率，在2x2.7 mm^2的FOV，给出了60兆像素的空间带宽产品（SBP）。
2019-03-27 eess.IV physics.optics
Dual deconvolution multifocal fluorescence response matrix microscopy for aberration-free high-throughput super-resolution imaging
Korea University（高丽大学）；Pusan National University（釜山国立大学）
该研究提出自适应多焦点照明的双反卷积多焦点荧光响应矩阵显微术，减少相机帧数量，实现高通量无像差超分辨成像，可用于小鼠组织的高分辨率体积成像。
2026-10-14 physics.app-ph physics.bio-ph physics.comp-ph
Optimization of DMD-based independent amplitude and phase modulation: a spatial resolution and quantization
本文介绍了一个全面的研究结果的光学系统的优化独立的振幅和相位波前操纵，这是基于数字的MEMS器件的实现。通过几个实例，找到了使目标复值波前质量达到最佳的二元条纹图参数，并给出了DMD条纹图优化的一般算法。结果表明，空间分辨率和目标的幅度和相位分布的量化之间的折衷应实现。载波频率的增加使调制复波的空间分辨率提高，但量化程度降低。从空间分辨率和量子化程度两个方面讨论了最佳DMD图形生成参数与目标复波前类型的关系。
2020-10-02 eess.IV 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
Computational Imaging Without a Computer: Seeing Through Random Diffusers at the Speed of Light
通过扩散器成像提出了一个具有挑战性的问题，各种数字图像重建的解决方案，迄今为止证明使用计算机。我们提出了一种无计算机，全光学图像重建方法，看到通过随机漫射器在光速。使用深度学习，设计/训练一组衍射表面，以全光学重建被随机相位扩散器覆盖的物体的图像。我们通过实验证明了这一概念，使用相干太赫兹照明和全光学重建对象扭曲的未知，随机扩散，从来没有在训练过程中使用。与数字方法不同，全光学衍射重建除了照明光之外不需要功率。这种透过漫射器的衍射解决方案可以扩展到其他波长，并可能推动生物医学成像，天文学，大气科学，海洋学，安全，机器人等领域的各种应用。
2021-07-14 eess.IV physics.optics
Hybrid-illumination multiplexed Fourier ptychographic microscopy with robust aberration correction
针对傅里叶叠层显微术采集慢、复用方案像差校正不足的问题，提出结合解析像差提取与混合照明的HMFPM方法，仅用20次测量实现4倍于相干衍射极限的分辨率，兼具鲁棒像差校正与高通量成像能力。
2025-09-06 eess.IV physics.optics
Phase tomography with axial structured illumination
本研究探讨轴向结构照明用于全息层析成像（HT）的可能性，通过模拟证明层间距离符合有效焦深设计曲线时，稀疏惩罚可实现无串扰逐层3D折射率重建，为硬件简化的轴向结构照明层析成像（ASIT）系统提供依据。
2025-04-19 eess.IV physics.optics
Digital confocal imaging in holographic optical coherence tomography at high space-bandwidth product
Vrije Universiteit Amsterdam（阿姆斯特丹自由大学）；Bielefeld University（比勒费尔德大学）
提出一种马赫-曾德尔配置的倾斜照明全场傅里叶域OCT系统，通过超定系统闭式解实现数字共聚焦重建，提升空间带宽积利用和分辨率，结合两类OCT优势。
2026-10-06 physics.app-ph physics.med-ph physics.optics
Shaping an evanescent focus of light for high spatial resolution optogenetic activations in live cells
提出利用DMD在高数值孔径物镜中创建并移动聚焦倏逝斑的方法，实现亚微米横向尺寸和约100 nm轴向深度的三维光限制，显著提升了活细胞CRY2-CIBN光遗传学系统的空间激活分辨率。
2024-04-23 physics.bio-ph physics.optics
Compressive single-pixel imaging via a wavelength-multiplexed spatially incoherent diffractive optical processor
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文提出结合波长复用非相干衍射光学处理器与紧凑型数字神经网络的压缩单像素成像方法，通过优化变换矩阵与神经网络实现高效成像，实验验证了其在生物医学成像等领域的应用潜力。
2026-03-23 cs.NE physics.optics
Fast and robust pushbroom hyperspectral imaging via DMD-based scanning
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation（联邦科学与工业研究组织）
我们描述了一种新的推扫式高光谱成像装置，没有宏观运动的部分。建议的高光谱成像仪的主要组件是一个数字放大器设备（DMD），CMOS图像传感器，没有过滤器的光谱传感器，CMOS彩色（RGB）图像传感器作为辅助图像传感器，和衍射光栅。使用图像传感器对，该设备可以同时捕获场景的高光谱数据以及RGB图像。由辅助图像传感器捕获的RGB图像可以促进由光谱传感器捕获的高光谱图像切片的几何配准。此外，从RGB图像可辨别的信息可以导致仅捕获场景内的感兴趣区域的光谱数据。所提出的高光谱成像架构具有成本效益、快速和鲁棒性。它还可以在分辨率和速度之间进行权衡。我们已经建立了一个初步原型的基础上提出的设计。该原型可以在不到30秒的时间内捕获空间分辨率为192x192像素和光谱分辨率为500个波段的高光谱图像数据立方体。
2017-01-30 cs.CV cs.DC physics.optics
