High-speed image reconstruction for nonlinear structured illumination microscopy
本文针对非线性结构光照明显微术重建速度慢的问题，将JSFR高速重建框架扩展至NL-SIM，提出加速重建算法，有望推动NL-SIM在生物医学实验室的常规化应用。
2023-12-02 physics.bio-ph physics.optics
Tilt-invariant scanned oblique plane illumination microscopy for large-scale volumetric imaging
这封信提出了在单物镜光片显微镜的大规模3D成像的多瓦片拼接的第一个演示。我们显示了完整的斑马鱼幼虫的未失真3D成像，以及厚小鼠脑切片的超过1 mm3的体积。我们使用远程振镜扫描来创建光片，并开发了一个处理管道来跨不同轴进行3D拼接。随着改进的单光子（1p）倾斜不变扫描斜平面照明（SOPi）显微镜在这里提出的，我们证明了细胞分辨率成像深度超过330微米的光学散射小鼠脑样品，和树突状细胞成像更浅的层。
2019-05-20 physics.bio-ph physics.optics
High-speed in vitro intensity diffraction tomography
我们证明了一种无标记，无扫描{ \it强度}衍射断层扫描技术，利用环形照明（aIDT），以快速表征大体积的三维折射率分布在体外。通过优化匹配的照明几何显微镜光瞳，我们的技术减少了60 $\times$的数据要求，以实现高速10 Hz的体积速率。使用8个强度图像，我们恢复了$\sim350\times100\times20μ$ m $^3$体积，具有487 nm的近衍射极限横向分辨率和3.4 $μ$ m的轴向分辨率。我们的技术的大体积率和高分辨率，使复杂的活生物样品的三维定量相位成像跨越多个长度尺度。我们证明了aIDT的能力，单细胞硅藻微藻，上皮颊细胞集群与天然细菌，和活\emph{Caenorhabditis elegans}标本。在这些样品中，我们恢复宏观尺度的细胞结构，亚细胞器，和动态的微生物组织与最小的运动伪影。量化这些特征在肿瘤学、免疫学和细胞病理生理学中具有重要的实用性，其中这些形态学特征在疾病、寄生虫和新药治疗存在下的变化被评估。最后，我们模拟我们的aIDT系统，以突出我们的技术的准确性和灵敏度。aIDT显示出作为一种强大的高速、无标记的计算显微镜技术应用的前景，其中需要自然成像来实时评估环境对样品的影响。我们在\href{https://github.com/bu-cisl/IDT-using-Annular-Illumination}{https://github.…
2019-12-28 physics.bio-ph physics.optics
Combined selective plane illumination microscopy (SPIM) and full-field optical coherence tomography (FF-OCT) for in vivo imaging
本文提出一种集成SPIM与FF-OCT的高分辨率多模态成像系统，无需修改现有装置，通过共享检测路径实现荧光与结构数据共配准，并在斑马鱼幼鱼上验证了活体成像能力。
2024-12-18 physics.bio-ph physics.optics
Simultaneous Imaging Achiral and Chiral Domains beyond Diffraction Limit by Structured-illumination Microscopy
现代光学显微镜方法已经发展到在高成像速度下提供超分辨率，但不能区分手性。最近，我们提出了手性结构照明显微镜（SIM）的方法来实现亚波长分辨率的手性荧光域的成像。手性SIM适合于在亚波长分辨率下成像手性域，但失去了非手性域的高空间频率。为了在亚波长分辨率下获得所有荧光域的全貌，我们提出了一种先进的手性SIM版本，称为双SIM，它可以在亚波长分辨率下同时成像非手性和手性域。在双SIM中，照明场必须在强度和光学手性上都具有空间结构，使得可以在样品的非手性和手性荧光域上同时产生莫尔效应。这允许同时下调制两个域的高空间频率，从而在图像重构之后提供亚波长细节。为了产生同时具有结构强度和光学手征的照明场，我们提出了在样品平面干涉两个相干的具有相同旋向性的圆偏振光。介绍了双SIM的工作原理，并从理论上论证了该方法在不同合成样品中的可行性。
2021-03-10 physics.bio-ph physics.optics
Transmission Structured Illumination Microscopy using Tilt-mirror Assembly
我们目前的实验演示倾斜镜辅助透射结构照明显微镜（tSIM），提供了一个大视场的超分辨率成像。采用定制设计的倾斜镜组件作为照明模块，其中样品被从相对的一对镜面反射的两个光束的干涉激发。通过改变反射镜的倾斜角度产生频率可调谐的结构图案，并考虑六角对称排列以获得三个方向上的各向同性分辨率。在标准SIM中利用高数值孔径（NA）物镜提供与视场（FOV）折衷的超分辨率。采用低NA（20 X/0.4）物镜检测，我们实验证明了~（0.56 mm x 0.35 mm）尺寸的单个FOV图像的分辨率提高了~1.7倍和~2.4倍（利用各种照明通过调谐倾斜镜）超过衍射极限。验证了荧光珠和生物样品的结果。tSIM几何结构使照明光路和收集光路交错，从而使得能够自由改变成像物镜，而不影响由倾斜镜限定的照明图案的空间频率。tSIM支持的大型可扩展FoV将用于需要扫描大面积的应用，如病理学和图像必须在空间和时间上相关的应用。
2022-08-16 physics.bio-ph physics.optics
Structured illumination microscopy with extended axial resolution through mirrored illumination
宽视场荧光显微镜，虽然比共聚焦显微镜快得多，但缺乏光学切片和轴向分辨率差。3D结构照明显微镜（SIM）已被证明提供光学切片，并增加一倍的横向和轴向可实现的分辨率，但即使这样的轴向分辨率仍然是比未修改的宽场检测的横向分辨率差。使用两个高数值孔径物镜的干涉测量方案，如4Pi共焦和I5 S显微镜，已经提高了轴向分辨率，超过了横向分辨率，但代价是光学设置要复杂得多。在这里，我们研究了一种更简单的双物镜方案，我们建议可以轻松地将其添加到现有的3D-SIM显微镜中，使用传统荧光团提供超过125 nm的横向和轴向分辨率。
2018-10-10 physics.optics
Phase gradient microscopy in thick tissue with oblique back-illumination
相位对比技术，如微分干涉对比（DIC）显微镜，被广泛用于提供未染色的生物样品的形态学图像。这些技术所需的透射照明几何形状限制了它们对薄样品的应用。我们介绍斜背照明显微镜（OBM），收集厚散射样品的正面相位梯度图像的方法，使近视频速率在体内相位成像与适合内窥镜检查的小型化探头。
2012-06-14 physics.optics
Heterodyne holographic microscopy of gold particles
我们报道了亚波长尺寸金粒子的外差全息显微术的实验结果。该设备使用连续的绿色激光照射的金属珠在全内反射配置暗场操作。在电荷耦合器件阵列检测器上检测照明波长处的散射光使得能够对水中的布朗粒子进行3D定位
2008-02-21 physics.bio-ph physics.optics
Circumventing the optical diffraction limit with customized speckles
散斑图案已经广泛地用于成像技术中，诸如鬼成像、动态散斑照明显微术、结构照明显微术和光声波动成像。控制散斑的统计特性的能力的最新进展已经使得能够针对特定成像应用定制散斑图案。在这项工作中，我们设计和创建特殊的散斑图案的并行非线性图案照明显微镜的基础上荧光光开关。我们提出了一个原理验证的实验演示，我们获得的空间分辨率比我们的设置中的照明光学器件的衍射极限高三倍。此外，我们表明，定制散斑大大优于标准散斑。我们的工作表明，定制的散斑是一个强大的工具，在并行化的超分辨率显微镜。
2021-01-23 physics.bio-ph 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
Analysis of intensity correlation enhanced plasmonic structured illumination microscopy
我们提出了通过强度相关来提高局域等离子体结构照明显微镜（LP-SIM）的性能。LP-SIM使用亚波长照明图案来编码高空间频率信息。在OTF支持出现缺口之前，它可以将分辨率提高三倍。对于闪烁的荧光团或量子反聚束的强度相关分析诱导高次谐波的照明模式，并扩大了有效的OTF。这使得在OTF支持中没有间隙的情况下能够实现高分辨率，并且因此实现完全确定性的成像方案。我们提出了模拟，包括拍摄和外部噪声，并展示了现实的光子预算下的分辨率。该技术在光学显微镜中具有潜力，其中低强度照明是至关重要的，同时旨在获得高空间分辨率但中等时间分辨率。
2021-03-18 physics.optics
Annular x-ray optics offer superior resolution for radiation sensitive samples
本文提出在扫描X射线显微术中使用环形光学器件替代全孔径光学器件，在降低辐射剂量的同时保持对小尺寸特征的分辨能力，并通过数值模拟验证其优越性。
2024-08-30 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph physics.optics
Signal and Noise Analysis for Chiral Structured Illumination Microscopy
最近，手性结构照明显微镜已被提出来成像亚波长分辨率的荧光手性域。手性结构照明显微术是基于结构照明显微术、荧光检测圆二色性和光学手性工程的组合。由于天然手性分子的圆二色性通常较弱，因此差分荧光也较弱，并且容易被噪声掩盖，妨碍了重建图像的保真度。在这项工作中，我们系统地研究了噪声对手性SIM获得的手性域图像的质量和分辨率的影响。我们解析描述的信噪比的重建手性SIM图像在傅立叶域和验证我们的理论计算与数值演示。因此，我们讨论了手性SIM在不同的实验方案的可行性，并提出了可能的策略，以提高信噪比的样品与弱圆二色性。
2021-04-06 physics.optics
Light sheet and light field microscopy based on scanning Bessel beam illumination
本研究开发了基于扫描贝塞尔光束的LSFM系统，实现厚生物样本高速高分辨成像，同时引入LFM进一步提升3D活体成像时间分辨率，并发现了LFM在图像动态范围上的新特性。
2023-11-04 physics.bio-ph 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
Compressive three-dimensional super-resolution microscopy with speckle-saturated fluorescence excitation
非线性结构照明显微术（nSIM）是实现超分辨宽场荧光显微术的有效方法，理论上可实现无限分辨率。在nSIM中，精心设计的高对比度照明图案与光学过渡的饱和相结合，以实现亚衍射成像。虽然该技术被证明对二维成像有用，但由于有机荧光团在剧烈循环条件下会褪色/疲劳，将其扩展到三维（3D）具有挑战性。在这里，我们提出了一种压缩传感方法，允许第一次通过饱和荧光激发培养细胞的3D亚衍射nSIM。利用横向散斑照明平面的自然正交性，通过单个二维扫描实现样品的3D探测。饱和激发下的荧光对比度通过与偏振散斑图案中的光学涡旋相关联的强度最小值的固有高密度来确保。因此，压缩散斑显微术是一种简单的方法，其能够实现具有潜在地显著减少的采集时间和光漂白的3D超分辨nSIM成像。
2018-10-15 physics.bio-ph physics.optics
Confocal structured illumination microscopy for super-resolution imaging: theory and numerical simulations
针对超分辨结构照明显微镜参数估计易出错的问题，提出基于共聚焦原理的SR-CSIM，无需参数估计，数值模拟表明其分辨率与SR-SIM相当且伪影更少。
2025-02-26 physics.optics
Sample Motion for Structured Illumination Fluorescence Microscopy
本研究针对结构照明显微镜需多照明模式的问题，提出利用单散斑照明和样品固有运动，从运动中拍摄的荧光图像联合估计运动与超分辨图像的方法，并通过仿真与实验验证了可行性。
2025-02-27 eess.IV physics.optics
Super-resolution structured illumination microscopy: past, present and future
结构照明显微镜（SIM）已成为3D和活细胞超分辨率成像的基本技术。然而，到目前为止，还没有一个专门的研讨会或期刊涵盖SIM的各个方面，从定制的硬件和软件开发以及商业仪器的使用到生物应用。这期特刊旨在回顾最近的发展，并概述未来的趋势。除了SIM，我们还涵盖相关主题，如互补超分辨率显微技术，计算成像，可视化和图像处理方法。
2021-02-26 physics.optics q-bio.QM
Confined Hyperbolic Metasurface Modes for Structured Illumination Microscopy
等离子体激元双曲超颖表面已经成为操纵光传播的有效平台。在这里，限制模式上的银纳米脊阵列，表现出双曲线色散用于演示和建模的超分辨率成像技术的基础上结构照明显微镜。在458 nm处的空间分辨率约为75 nm，这是3.1倍，优于等效的衍射极限图像。这项工作强调的能力，工程师的限制光学模式的属性，并利用这些特性在成像中的应用。这项工作的结果可能会导致使用设计的亚波长结构的超分辨率成像的改进方法。
2021-09-02 physics.optics
Answering some questions about structured illumination microscopy
结构照明显微镜（SIM）提供的图像的荧光物体在一个增强的分辨率大于传统的落射荧光宽视场显微镜。最初在1999年被证明可以将横向分辨率提高两倍，此后它被扩展到将轴向分辨率提高两倍（2008年），应用于活细胞成像（2009年）并与无数其他技术相结合，包括干涉检测（2008年），共聚焦显微镜（2010年）和光片照明（2012年）。尽管取得了这些令人印象深刻的进展，SIM也许仍然是人们了解最少的“超分辨率”方法。在这篇文章中，我们回答了Prakash等人提出的关于SIM的13个问题，以及另外三个问题的答案。在提供了一个一般概述的技术及其发展，我们解释了为什么SIM通常使用的仍然是衍射限制。然后，我们强调了非多项式的必要性，而不仅仅是非线性的，响应于照明光，以使SIM一个真正的，衍射无限的，超分辨率技术。此外，我们提出了一个推导的真实空间SIM重建方法，可用于处理传统的SIM和图像扫描显微镜（ISM）的数据，并扩展到处理数据与准任意照明模式。最后，我们提供了一个简单的文献计量分析SIM的发展在过去的二十年中，并提供了一个简短的展望未来的工作。
2021-11-16 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
Translation-based structured illumination microscopy via generalized Richardson-Lucy method
本文提出一种基于广义Richardson-Lucy算法的新型超分辨方法，通过随机照明平移和定制光学装置，在盲配置下实现了高抗噪性、低光学复杂度的宽场超分辨成像。
2025-07-14 physics.optics
Upconversion nonlinear structured illumination microscopy
通过生物组织的视频速率超分辨率成像可以可视化和跟踪细胞有机体内的生物分子相互作用和运输。结构照明显微镜允许宽视场超分辨率观察生物样品，但受到生物组织对光的强吸收和光的散射的限制，这降低了其成像分辨率。在这里，我们报告了一个光子上转换方案，使用镧系元素掺杂的纳米粒子通过生物透明窗口的宽视场超分辨率成像，具有近红外和低辐照度的非线性结构照明。我们证明976 nm激发和800 nm上转换发射可以减轻像差。我们发现，从单个纳米粒子的上转换发射的非线性响应，可以有效地产生所需的高空间频率成分的傅立叶域。这些策略导致了显微镜的新模式，分辨率为130 nm，1/7的激发波长，帧速率为1 fps。
2020-02-14 physics.app-ph physics.bio-ph physics.comp-ph
Analysis of superresolution via 3D structured illumination intensity correlation microscopy
强度相关显微镜（ICM），这是著名的通过反聚束显微镜或超分辨率光学波动成像（SOFI），提供超分辨率通过相关分析的反聚束的独立量子发射器或闪烁的荧光团的时间波动。对于相关阶$m$，信号中的PSF有效地取$m$的次幂，并且因此直接缩小因子$\sqrt{m}$。与反褶积相结合，可以获得因子$m$的接近线性的分辨率改善。然而，高相关阶数的分析是具有挑战性的，这限制了可实现的分辨率。在这里，我们建议使用三维结构照明与$m$第阶相关分析，以获得增强的缩放高达$m+m=2m$。包括斯托克斯位移或等离子体子波长照明增强可以实现超过$2m$。因此，在全3D成像中远低于衍射极限的分辨率可能已经以低相关阶数实现。由于ICM在线性状态下工作，因此我们的方法可能特别有希望用于在低照明水平下提高生物成像的分辨率。
2018-10-05 physics.optics
Optimal illumination scheme for isotropic quantitative differential phase contrast microscopy
微分相衬显微镜（DPC）提供了高分辨率的定量相位分布薄透明样品下的多轴非对称照明。通常，DPC显微系统中的照明被设计成具有2轴半圆振幅图案，然而，这导致非各向同性相衬传递函数（PTF）。已经努力通过用具有3轴照明的径向不对称图案或具有2轴照明的梯度幅度图案来替换常规半圆照明孔径来实现各向同性DPC。然而，这些照明孔径是基于与PTF的形状相关的经验标准根据经验设计的，留下未探索的潜在理论机制。此外，PTF在这些工程照明下的频率响应尚未完全优化，导致相位重构的次优相位对比度和信噪比（SNR）。在这封信中，我们提供了一个严格的理论分析的必要条件和充分条件的DPC实现完美的各向同性PTF。此外，我们推导出最佳的照明方案，以最大限度地提高低频和高频（从0到2NAobj）的频率响应，同时实现完美的各向同性PTF只有2轴强度测量。我们提出的推导，实现，仿真和实验结果表明，我们的方法在相位重建精度和噪声鲁棒性的最先进的优越性。
2019-03-26 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
A spatially uniform illumination source for widefield multi-spectral optical microscopy
在宽视场生物成像应用中，照明均匀性是激发和数据提取质量的关键参数。然而，典型的成像系统由于非理想光学元件而遭受空间和光谱非均匀性，因此需要用于照明校正的复杂解决方案。我们提出了有效的均匀色光集成器件（EUCLID），一个简单的和具有成本效益的均匀性校正照明源。EUCLID采用漫反射、可调节的中空腔，其允许来自离散光源的光的均匀混合，并修改源场分布以补偿由成像系统中的光学部件引入的空间非均匀性。在这项研究中，我们的特点的光耦合效率的建议的设计和比较的均匀性性能与传统的方法。EUCLID显示出显着的照明改善多光谱成像在纳尔逊和克勒对齐的最大空间偏差~1%，在一个广泛的视野。
2022-12-12 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
Stochastically Structured Illumination Microscopy scan less super resolution imaging
提出 Stochastically Structured Illumination Microscopy (S2IM) 超分辨显微方法，利用目标随机运动免除照明控制，在模拟眼模型中借助眼扫视实现 1.91 倍分辨率提升的无扫描超分辨成像。
2024-09-24 physics.optics
Mechanical-scan-free and multi-color super-resolution imaging with diffractive spot array illumination
点扫描显微镜方法正在改变超分辨率成像。尽管使用多焦点技术实现了并行高速成像，但目前缺乏具有高质量照明的高效多色能力。在本文中，我们提出了第一次机械扫描和多色超分辨率显微镜（MCoSM）的斑点阵列照明，它使机械扫描的超分辨率成像与可调的分辨率和视场（FoV）的基础上的空间光调制器（SLM）。通过100 s-10，000 s不同FoV的超分辨率光斑照明成像，我们证明了MCoSM的可调能力。MCoSM通过相移扫描的不同颜色照明的分时过程扩展了当前的光谱成像能力，同时保留了衍射点阵列照明的超分辨率成像的空间灵活性。为了展示进一步将MCoSM与多色成像相结合的前景，我们还以高分辨率对荧光珠的图像进行光谱解混（四色）。MCoSM为在纳米级水平上研究复杂样品中的分子相互作用提供了一个多功能平台。
2023-03-13 physics.bio-ph physics.optics
Spatial wavefront shaping with a multipolar-resonant metasurface for structured illumination microscopy
针对结构光照明显微镜现有系统器件庞大、对准要求高的问题，提出基于多极共振硅纳米结构超构表面的波前调制方案，经算法优化得到7种最优照明图案，模拟验证分辨率与传统方法相当，为简化SIM实验提供新路径。
2023-09-25 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
Structured illumination microscopy with extreme ultraviolet pulses
本文利用极紫外光束构建亚微米光栅，并通过极紫外结构光照明显微术实现超分辨成像，为将超分辨技术拓展至X射线波段并迈向原子尺度分辨率迈出第一步。
2024-03-28 cond-mat.other physics.optics
Temporal super-resolution imaging inspired by structured illumination microscopy
本文提出了一种提高时间成像系统时间分辨率的方法。类似于传统的空间成像系统，其中分辨率限制是由于透镜的有限孔径，在时间成像系统中，时间透镜的有限时间孔径负责有限的时间分辨率。基于空间光学中的空间结构照明超分辨显微镜所使用的方法，我们利用时间棱镜，这是传统棱镜的时间版本，将输入信号的虚假频率分量移动到被时间透镜捕获。这种方法将为高分辨率时间成像系统铺平道路，该系统可用于观察和研究快速和罕见的现象，如血液中光学流氓波或癌细胞的动力学和演变。
2019-11-27 physics.optics
Chiral Structured Illumination Microscopy
我们提出了一种基于光学手性工程，荧光检测圆二色性和结构照明显微镜的手性成像模式。在这种方法中，结构化的照明和圆二色性相关的荧光检测的光学手性。通过图像重建，可以在亚衍射极限分辨率下获得手征畴的空间分布。我们从理论上证明了这种方法，并讨论了使用基于远场光学的光学手征工程方法的可行性。
2019-08-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.chem-ph
Instant square lattice structured illumination microscopy: an optimal strategy towards photon-saving and real-time super-resolution observation
本文提出方形晶格结构光照显微镜（SL-SIM），利用方形晶格光场照明与GPU高速重建策略，实现低光剂量、实时、长期超分辨活细胞成像，并验证其在多种生物应用中的潜力。
2024-02-05 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Super-resolution Imaging of the Fluorescent Dipole Assembly with Polarized Structured Illumination Microscopy
荧光偏振显微镜可以同时对荧光偶极子的强度和取向进行成像，在研究生物复合物的分子结构和动力学过程中起着至关重要的作用。然而，用超分辨技术很难分辨活细胞亚细胞结构上的偶极组装及其动力学。在这里，我们报告偏振结构照明显微镜（pSIM），它通过解释空间-角度超空间中的偶极子来实现纠缠的空间和角度结构照明。我们展示了它在一系列生物丝状系统中的应用，如细胞骨架网络和DNA，并报告了短肌动蛋白滑动通过肌球蛋白涂层表面的动力学。此外，pSIM揭示了海马神经元中膜相关周期性骨架中肌动蛋白环结构的“并排”组织。它还对标记到活U2 OS细胞中微管的绿色荧光蛋白的偶极动力学进行成像。pSIM可直接应用于各种商用或自制SIM系统。
2019-04-16 physics.optics
Widefield two-photon random illumination microscopy (2P-RIM)
Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, Institut Fresnel（艾克斯马赛大学、法国国家科学研究中心、中央马赛学院、费斯尼尔研究所）；Centre de Biologie Intégrative（整合生物学中心）
本研究提出2P-RIM技术，通过宽场散斑照明和图像标准差匹配算法，实现低光损伤、快速成像和高分辨率的宽场双光子显微成像。
2026-01-08 physics.optics
MAI-SIM: interferometric multicolor structured illumination microscopy for everybody
亚衍射分辨率、温和的样品照明和多种颜色成像的可能性使结构照明显微镜（SIM）成为特别适合活细胞观察的成像技术。在这里，我们提出了机器学习辅助干涉SIM（MAI-SIM），这是一种易于实现的多种颜色高速SIM成像方法。该仪器是基于干涉仪的设计，其中照明模式的产生，旋转，并通过一个单一的电流镜元件的运动在相位步进。该设计稳健、灵活，并且图案生成过程适用于所有波长。我们补充了干涉SIM的独特属性与机器学习工具箱，这是简单和有效的使用，优于现有的方法重建的仪器记录的超分辨率图像。该框架允许以多种颜色执行实时SIM重建，为用户提供超分辨率图像的即时可视化。我们展示了MAI-SIM在活体生物样本上的能力，并在大视场内同时捕获多种颜色的超分辨率图像。最后，我们采用完全开放的设计理念，将MAI-SIM的优势带给尽可能多的用户，并提供系统设计和软件的全部细节。
2022-06-01 physics.bio-ph physics.ins-det physics.optics
A method for assessing the spatiotemporal resolution of Structured Illumination Microscopy (SIM)
提出了一种用于评估结构照明显微镜（SIM）的时间分辨率的方法，通过跟踪不同空间频率分量随时间的振幅，并将它们与时间振荡的地面实况进行比较。这种方法用于深入了解SIM的性能限制，以及声称可以提高时间分辨率的替代重建技术（称为“滚动SIM”）。结果表明，SIM的时间分辨率在低空间频率和高空间频率之间变化很大，并且，尽管被用于几个高知名度的论文和商业显微镜软件，滚动SIM提供的时间分辨率没有增加传统SIM。
2020-08-03 eess.IV physics.optics
Superresolution via Structured Illumination Quantum Correlation Microscopy (SIQCM)
我们建议使用强度相关显微镜结合结构照明图像量子发射器，表现出反聚束的空间分辨率远远超过瑞利极限。将强度测量和强度自相关性组合到$m$阶，创建了FWHM收缩因子$\sqrt{m}$的有效PSF。另一方面，结构照明显微镜通过使用莫尔条纹的原理引入了2倍的分辨率改进。在这里，我们表明，对于线性低强度激发和线性光学检测的同时使用这两种技术导致在理论上无限的分辨率功率与改进缩放有利的相关阶$m$的依赖$m + \sqrt{m}$。因此，产生这种技术是感兴趣的显微镜成像的各种样品，包括生物的。我们提出了基本的理论和模拟演示的高度增加的空间超分辨率，并指出实验实现的要求。
2017-02-14 physics.optics quant-ph
Single-shot structured illumination microscopy
结构照明显微镜（SIM）可以将分辨率提高一倍，超过光衍射极限，但它的代价是多次相机曝光和多次傅里叶变换的沉重计算负担。在本文中，我们报告了一种新的技术，称为单发SIM，以克服这些限制。提出了一种多任务联合深度学习策略。生成反转网络（GAN）被用来生成五个结构照明图像的基础上的单次拍摄的结构照明图像。利用U-Net对生成的六幅图像进行超分辨率重建，无需进行耗时的傅里叶变换。通过对自组装DNB阵列的成像，实验验证了该技术可以进行单次超分辨率重建，与传统的SIM相比。这种单次SIM技术可能最终克服多次曝光和傅里叶变换的限制，并有可能应用于高通量基因测序。
2021-07-13 eess.IV 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
Refractive index tomography with structured illumination
这项工作介绍了一种新的重新解释结构照明（SI）显微镜相干成像，允许三维成像的复折射率（RI）。要做到这一点，我们表明，相干SI在数学上相当于叠加的角度照明。由此可见，标准SI增强的定量相位图像的原始采集可以被处理成复杂的电场图，描述成角度照明下的样品衍射。然后，标准衍射层析成像（DT）计算可以用于以亚衍射分辨率重建样品3D RI分布。我们证明了这一概念，通过使用SI定量相位成像系统计算重建三维RI分布的人乳腺癌（MCF-7）和结肠直肠癌（HT-29）细胞。我们的实验装置使用空间光调制器在样品处产生结构化图案，并使用没有移动组件的共路径离轴干涉配置收集角度相关的样品衍射。此外，该技术有望与SI荧光显微镜轻松配对，未来重要的扩展可能包括多峰，亚衍射分辨率，3D RI和荧光可视化。
2017-02-12 physics.bio-ph physics.optics
Structured illumination microscopy with unknown patterns and a statistical prior
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Boston University（波士顿大学）
结构照明显微镜（SIM）通过将物体的高频信息向下调制以适应光学系统的通带来提高分辨率。通常，重建过程需要照明图案的先验知识，这意味着良好校准和无像差的系统。在这里，我们提出了一个新的\textit{algorithmic self-calibration}战略SIM不需要知道确切的模式{ \it先验}，但只有他们的协方差。该算法，称为PE-SIMS，包括一个模式估计（PE）的步骤，需要的照明模式和SIM重建过程中使用的统计先验（SIMS）的总和的均匀性。此外，我们执行像素重新分配过程（SIMS-PR），以提高重建质量。我们实现了2 $\times$更好的分辨率比传统的宽视场显微镜，同时保持不敏感像差引起的图案失真和强大的参数调整。
2017-01-12 cs.CV physics.optics
Experimental demonstration of Tessellation Structured Illumination Microscopy
针对结构照明显微镜（SIM）因图像重建导致时间分辨率受限及产生畸变的问题，提出并实验演示了Tessellation Structured Illumination Microscopy（TSIM）框架，通过改进重建范式缓解时间分辨率限制与伪影，同时保持空间分辨率。
2024-11-15 eess.IV physics.optics
Optimal illumination pattern for transport-of-intensity quantitative phase microscopy
强度输运方程（TIE）是一种成熟的非干涉相位恢复方法，它通过测量多个轴向位移平面上的强度来实现透明样品的定量相位成像（QPI）。然而，它仍然受到两个基本限制。首先，它对低频误差（如\cloudy“伪影）非常敏感，这是由零频率附近相位传递函数（PTF）的对比度差引起的。其次，在空间低相干照明下，尤其是离焦距离超过近菲涅耳区时，重构相位趋于模糊。最近的研究表明，照明孔径的形状对分辨率和相位重建质量具有显著影响，并且通过简单地用环形照明孔径代替传统的圆形照明孔径，可以解决或至少显著减轻这两个限制。然而，环形孔径先前是基于与PTF的形状相关的直观标准根据经验设计的，这不能保证最优性。在这项工作中，我们优化的照明模式，以最大限度地提高TIE的性能的基础上的组合定量标准，用于评估\goodness“的光圈。为了使解搜索空间的大小易于处理，我们将我们的注意力仅限于二进制编码的轴对称照明图案，其更容易实现并且可以生成各向同性TIE PTF。我们测试获得的最佳照明成像的相位分辨率目标和HeLa细胞的基础上小间距的LED阵列，这表明优于其他次优模式的信噪比（SNR）和空间分辨率方面的性能。
2018-08-20 eess.IV physics.optics
Deep Imaging in Scattering Media with Single Photon Selective Plane Illumination Microscopy (SPIM)
在大多数生物组织中，由于折射率的微小差异引起的光散射限制了光学成像系统的深度。双光子显微镜（2PM），它显着减少了激发光的散射，已成为最常见的方法来成像散射生物组织内的深处。然而，该技术需要高功率脉冲激光器，其既昂贵又难以集成到紧凑的便携式系统中。在本文中，使用理论和实验技术相结合，我们表明，选择性平面照明显微镜（SPIM）可以成像近2PM深，而不需要高功率脉冲激光。与其他单光子成像技术（如落射荧光和共聚焦显微镜）相比，SPIM可以在散射介质中成像超过两倍的深度（约为平均散射长度的10倍）。这些结果表明，SPIM有潜力提供散射介质中的深度成像的情况下，2PM系统将过于庞大或昂贵。
2016-04-23 physics.ins-det physics.optics
Intensity and Phase correction Enhanced interferometric scattering microscopy (iSCAT)
本文针对干涉散射显微镜对比度受限问题，建立了斜入射照明下强度与相位调制的对比度及非预期反射模型，并通过扫描校准相位图，无需旋转装置即可实现均匀对比度测量与增强。
2025-11-10 physics.optics
Jointly super-resolved and optically sectioned Bayesian reconstruction method for structured illumination microscopy
结构照明显微镜（SIM）是一种在宽视场显微镜中实现超分辨率（SR）和光学切片（OS）的成像技术。它包括在不同的方向和位置用周期性图案照射样品。然后处理所得到的图像，以重建所观察到的对象与SR和/或OS。在这项工作中，我们提出了BOSSA-SIM，一种通用的SIM重建方法，适用于移动对象，如在体内视网膜成像中遇到的，使SR和OS共同在一个完全无监督的贝叶斯框架。通过对由聚焦层和散焦层组成的2层物体进行建模，我们表明BOSSA-SIM能够联合重建它们，从而获得超分辨和光学切片的聚焦层。实现的性能，定量评估模拟几个噪声水平，比较有利的国家的最先进的方法。最后，我们验证了我们的方法对开放获取的实验显微镜数据。
2019-10-17 eess.IV physics.optics
Wide-field high-resolution 3D microscopy with Fourier ptychographic diffraction tomography
我们报告了一种计算3D显微镜技术，称为傅立叶重叠关联衍射断层扫描（FPDT），迭代缝合在一起的许多照明，低分辨率的图像与低数值孔径（NA）的目标在3D傅立叶空间中创建一个宽视场（FOV），高分辨率，深度分辨的复杂折射率（RI）图像在大体积。与依赖于受控明场照明、全息相位测量和高NA物镜检测的传统光学衍射层析成像（ODT）方法不同，FPDT采用仅来自低NA强度测量的层析成像RI重建。此外，FPDT采用了超出物镜NA的高角度暗场照明，显著扩展了可接近物体的频率。使用FPDT，我们在1.77mm2的10倍FOV和~20μm的焦深上呈现了最高通量的ODT结果，具有390 nm的横向分辨率和899 nm的轴向分辨率。生物样品的十亿体素3D断层成像结果确立了FPDT作为高通量3D显微应用的强大的非侵入性和无标记工具。
2019-05-26 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
