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
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
Deep learning-enabled image quality control in tomographic reconstruction: Robust optical diffraction tomography
在断层摄影重建中，重建图像的图像质量可能由于测量的二维（2D）原始图像数据中的缺陷而显著降低。尽管筛选有缺陷的2D图像的重要性，强大的断层重建，人工检查和基于规则的自动化遭受低吞吐量和准确性不足，分别。在这里，我们提出了基于深度学习的全息数据质量控制，以产生鲁棒和高吞吐量的光学衍射断层扫描（ODT）。其关键思想是将专家的知识提取到深度卷积神经网络中。我们建立了一个广泛的光场图像数据库，其中包含干净/嘈杂的注释，然后根据数据训练了一个二进制分类网络。经过训练的网络优于非专家用户的视觉检查和广泛使用的基于规则的算法，测试准确率> 90%。随后，我们证实，优越的筛选性能显着提高断层图像的质量。为了进一步确认训练模型的性能和可推广性，我们对使用未用于生成训练数据集的设置获得的看不见的生物细胞数据进行了评估。最后，我们使用各种可视化技术解释训练模型，这些技术提供了每个模型推理的显着性图。
2019-03-05 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
Programmable spatial coherence tomography: diffraction-limited three-dimensional reflection imaging under modulated monochromatic illumination
Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；KAIST Institute for Health Science and Technology, KAIST（韩国科学技术院健康科学与技术研究所）；Graduate School of Medical Science and Engineering, KAIST（韩国科学技术院医学科学与工程研究生院）；Department of Mechanical Engineering, KAIST（韩国科学技术院机械工程系）；Graduate School of Stem Cell and Regenerative Biology, KAIST（韩国科学技术院干细胞与再生生物学研究生院）；Department of Pathology, Gangnam Severance Hospital, Yonsei University College of Medicine（延世大学医学院江南世福兰斯医院病理科）；Center for Genome Engineering, Institute for Basic Science（基础科学研究院基因组工程中心）；BioMedical Research Center (BMRC), KAIST（韩国科学技术院生物医学研究中心）；Tomocube Inc.（Tomocube公司）
本文提出一种基于空间相干的三维反射成像方法，在单色照明下实现衍射受限分辨率，通过设计空间编码照明图案实现自校准，无需引导星或模式先验知识，应用于厚组织、器官oids、频域动态对比和活体脑成像。
2026-05-07 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
Full Geometric Control of Hidden Color Information in Diffraction Gratings under Angled White Light Illumination
在白光照明下，光栅产生取决于衍射级和几何参数的波长的角分布。然而，以前的研究光栅限于至少一个几何参数（高度，周期性，取向，入射角）保持不变。在这里，我们改变了光栅中的所有几何参数，使用多功能的纳米纤维技术，双光子聚合光刻，通过2种设计方法编码隐藏的颜色信息。第一种方法通过解耦垂直和倾斜入射下光栅高度和周期性的影响来隐藏颜色信息。第二种方法通过在半圆形像素周围的扇区中布置光栅来隐藏多组颜色信息。不同的图像显示与可忽略的串扰下斜入射和不同的样品旋转角度。我们的分析表明，相邻扇区之间的角度间隔>= 10°是抑制串扰所必需的。这项工作在信息存储和安全水印方面具有潜在的应用价值。
2022-09-06 physics.optics
Light trapping within the grooves of 1D diffraction gratings under monochromatic and sunlight illumination
本文用瑞利-模态法计算了理想导电矩形一维衍射光栅槽内的电磁场。引入\emph{enhancement coefficient}（$η$）以便量化这样的能量集中。因此，$η>$ 1意味着在凹槽内存在的电磁能量的量大于在相同体积上如果衍射光栅被完全反射镜代替时将具有的电磁能量的量。本文的结果表明，在某些波长范围内，$η$可以大到几十年。然而，在太阳光照射下，它减少到约20%。在后一种情况下，当槽$dn$之间的\textit{optical spacing}大于500 nm时，获得这样的值，其中$d$是槽间距，而$n$是槽内物质的折射率。对于小于500 nm的$dn$，增强系数变得可忽略不计地小。
2011-04-01 physics.ins-det physics.optics
High-resolution transport-of-intensity quantitative phase microscopy with annular illumination
对于基于强度输运方程（TIE）的定量相位成像（QPI），部分相干照明提供无散斑成像、与明场显微镜兼容以及超过相干衍射极限的横向分辨率。不幸的是，在具有圆形照明孔径的传统显微镜中，部分相干性往往会减小相位对比度，加剧TIE成像中固有的噪声-分辨率权衡，从而导致强烈的低频伪影和受损的成像分辨率。在这里，我们演示了如何可以有效地解决这些问题，取代传统的圆形照明孔径与环形。匹配环形照明不仅大大提高了低空间频率的相位对比度，而且显著提高了实际成像分辨率，接近非相干衍射极限。通过将高数值孔径（NA）照明以及高NA物镜，它示出，第一次，TIE相位成像可以实现高达208 nm的横向分辨率，对应于2.66的有效NA。举例说明了在体外Hela细胞的延时成像，揭示了细胞有丝分裂和凋亡过程中的细胞形态和亚细胞动力学。鉴于其高分辨率QPI的能力以及与广泛使用的明场显微镜硬件的兼容性，预计所提出的方法将被更广泛的生物学和医学界采用。
2017-05-30 physics.bio-ph physics.optics
Tomographic Phase Imaging with Randomized Probe Imaging
Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室先进光子源）；Material Science Division, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室材料科学部）
该研究首次将随机探针成像（RPI）应用于断层相位成像，实现了亚100 nm分辨率的立方金纳米颗粒三维成像，相比ptychography大幅提速且结果高度一致。
2026-08-03 physics.data-an physics.optics
Oblique diffraction geometry for the observation of several non-coplanar Bragg reflections under identical illumination
本文提出一种基于暗场X射线显微镜的斜衍射几何方法，利用至少3个非共面布拉格反射在恒定照明体积下测量应变张量和局域晶格旋转，并给出解析表达式。
2025-04-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Structured illumination fluorescence microscopy using Talbot self-imaging effect for high-throughput visualization
我们报告了一种新的扩展结构照明（SI）显微镜，利用塔尔博特自成像效应，以产生一个SI图案的视场（FOV）和分辨率不受限制的显微镜物镜的数值孔径（NA）的样品。这使得高分辨率SI图案生成（高达自由空间传播极限）跨越大FOV，这反过来又允许SI显微镜有效地适应高通量成像。我们证明了这个概念，使用一个简单的原型显微镜成像一个大的FOV（450 × 350微米）与衍射限制的荧光分辨率限制的显微镜NA为2微米。一个定制的结构化元件，设计与周期性的空间特征超出了显微镜成像物镜的衍射极限，被定位在一个整数倍的塔尔博特距离的一半远离样品。这通过Talbot自成像效应在样品平面处产生了大FOV、子衍射SI图案。然后使用常规SI超分辨率原理将整个FOV的成像分辨率提高到500 nm，大约是显微镜NA衍射极限的4倍。这种方法也应该适用于高通量的亚衍射分辨率多模成像。
2018-01-10 physics.optics
Photoacoustic imaging beyond the acoustic diffraction-limit with dynamic speckle illumination and sparse joint support recovery
在深部组织光声成像中，空间分辨率固有地受到声波波长的限制。最近，它被证明是可能的，通过分析在一组未知的斑点照明模式下获得的光声图像中的波动超过声衍射极限。在这里，我们的目的是一种方法，以提高重建保真度和分辨率，同时通过利用压缩感知计算重建框架减少采集图像的数量。该方法考虑了系统响应的先验知识和目标结构的稀疏性。我们提供了该方法的原理实验证明，并证明了当使用散斑波动和对象先验时，可以获得更好的性能。我们数值研究的预期性能的测量信噪比和样本的空间稀疏性的函数。所提出的重建框架可以应用于分析现有的光声实验数据包含动态波动。
2019-06-13 cs.IT math.IT physics.optics
Parallax in angular sensitive powder diffraction tomography
本文研究角度敏感粉末衍射层析成像中的几何视差影响，发现其与其他偏移贡献可加、可直接校正，且在完整360°旋转扫描中不影响角信息重建。
2024-08-30 cond-mat.mtrl-sci eess.IV physics.optics
Single-Pixel Fluorescent Diffraction Tomography
光学衍射层析成像是一种不可或缺的工具，研究对象的三维，由于其能够准确地重建散射对象。到目前为止，这种技术一直限于相干光，因为空间相位信息需要解决逆散射问题。我们介绍了一种方法，扩展光学衍射层析成像空间不相干的对比机制，如荧光发射。我们的策略模仿了两个空间相干照明光束的相干散射过程。干涉照明图案在荧光发射的时间变化中编码空间相位，从而允许非相干荧光发射模仿相干照明的行为。的时间变化允许恢复的传播相位，因此可以恢复与逆散射模型的非相干荧光发射的空间分布。
2020-08-05 eess.IV physics.optics
Analytical Fresnel Treatment of Double-Slit Diffraction with Multiple Coherent Waves
Facultad de Ciencias, Universidad Autónoma del Estado de México（墨西哥自治州大学理学院）
本文提出了一种利用多相干波进行双缝衍射分析的方法，通过解析表达式和数值模拟展示了其在光束整形和传感应用中的潜力。
2025-11-28 physics.optics
Super-resolution photoacoustic fluctuation imaging with multiple speckle illumination
在深层组织光声成像中，空间分辨率固有地受到声衍射的限制。此外，由于超声衰减随频率增加，分辨率通常与穿透深度相权衡。在这里，我们报告的超分辨率光声成像使用的多重散斑照明。具体而言，我们表明，光声图像的二阶波动的分析结合图像去卷积，使解决光学吸收结构超出了声衍射极限。实验证明，分辨率几乎增加了2倍。我们的方法引入了一个新的框架，可能会导致深层组织光声成像与亚声分辨率。
2015-08-06 physics.optics
xSCYTE: Express Single-frame Cytometer through Tomographic Phase
本文提出xSCYTE，一种基于断层相位成像的快速单帧细胞仪，利用AI实现衍射极限分辨率的3D折射率重建，支持无标记高通量细胞分析，有望推动生物医学应用。
2024-11-05 physics.bio-ph physics.optics
Sub-Pixel Scale Structured Illumination for Lateral Resolution Enhancement of Non-Diffraction-Limited Flow Imaging
该研究受SIM启发，提出面向动态流动成像的亚像素尺度结构照明与四帧准静态多帧重组方法，使像素分辨率提升至两倍，并验证其可增强流体标量梯度检测。
2025-10-21 physics.flu-dyn physics.optics
DeepRegularizer: Rapid Resolution Enhancement of Tomographic Imaging using Deep Learning
光学衍射断层扫描测量样品的三维折射率图，并以非破坏性的方式在纳米级可视化生化现象。光学衍射层析成像的一个主要缺点是由于对三维光学传递函数的有限访问而导致的轴向分辨率差。这个缺失锥的问题已经通过使用先验信息的正则化算法来解决，例如非负性和样本平滑度。然而，这些算法的迭代性质和它们的参数依赖性使得实时可视化是不可能的。在这篇文章中，我们提出并实验演示了一种深度神经网络，我们称之为DeepRegularizer，它可以快速提高三维折射率图的分辨率。利用成对的数据集（原始折射率断层图像和通过迭代全变分算法的分辨率增强的折射率断层图像）进行训练，基于三维U网的卷积神经网络学习两个断层图像域之间的变换。我们的网络的可行性和普遍性证明使用细菌细胞和人类白血病细胞系，并通过验证模型在不同的样品。与传统的迭代方法相比，DeepRegularizer提供了一个数量级以上的正则化性能。我们设想，所提出的数据驱动的方法可以绕过其他成像模式中的各种图像重建的高时间复杂度。
2020-09-29 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Combined Multi-Plane Tomographic Phase Retrieval and Stochastic Optical Fluctuation Imaging for 4D Cell Microscopy
超分辨率荧光显微镜提供了前所未有的深入了解细胞和亚细胞结构。然而，“超越衍射障碍”是有代价的，因为大多数远场超分辨率成像技术都是以时间为空间的超分辨率。我们提出了一种新的无标记白光定量相位层析与荧光成像相结合，以提供高速成像和空间超分辨率。非迭代相位重建依赖于在每个z位置处获取单个图像，因此能够使用经典显微镜进行简单的3D相位成像。我们实现了多平面成像，使用定制的棱镜同时采集8个平面。这使我们不仅能够以高达200 Hz的频率对活细胞进行3D成像，而且还可以在同一光学仪器中集成荧光超分辨率光学波动成像。该4D显微镜平台将相位断层扫描的灵敏度和高时间分辨率与荧光成像的特异性和高空间分辨率相结合。
2018-09-06 physics.bio-ph physics.optics
Rank-1 accelerated illumination recovery in scanning diffractive imaging by transparency estimation
我们考虑盲重叠关联的问题，这是一个未知的对象和照明功能的联合估计从衍射强度测量。在重叠关联中，来自同一物体的相邻区域的衍射测量通过重叠帧之间的成对关系而彼此相关。当照明已知时，帧之间的关系由线性投影算子给出。我们提出了一个电源迭代投影算法，最大限度地减少全球成对帧之间的差异。我们通过减去未知物体的局部平均透明度来加速幂方法的收敛。该方法对于弱散射、低对比度的目标或分段光滑的样品是有效的。
2016-02-02 math.OC physics.optics
Low-Cost Continuous-Wave Diffusive Microtomography with Fiber-Scanned White-Light Illumination
Department of Electrical and Computer Engineering, University of Utah（犹他大学电气与计算机工程系）
提出一种基于智能手机显微镜、白光LED和3D打印微定位器的超低成本连续波扩散断层成像系统，结合物理模型与机器学习，实现生物样本的三维彩色重建。
2026-06-25 physics.optics
Analytical phase optical transfer function for Gaussian illumination and the optimized profiles
层析去卷积相位显微术的成像性能可以用相位光学传递函数（POTF）来描述，而POTF又取决于照明轮廓。为了便于优化照明轮廓，基于多项式拟合的解析计算方法来描述一般非均匀轴对称照明的POTF。然后将其应用于高斯分布和相关分布。与在一系列环空中积分的数值积分方法相比，本解析方法速度快得多，且同样精确。此外，一个平衡的POTF分布准则和最小二乘最小化，以优化POTF的均匀性。通过松弛最优搜索解析地找到最优的一般轮廓，并且通过树搜索找到最优的高斯轮廓。数值模拟证实了这些最佳配置文件的性能，并支持平衡的分布标准介绍。
2020-12-10 eess.IV physics.optics
Method for Assessing the Fidelity of Optical Diffraction Tomography Reconstruction Methods
我们在绕射层析系统中使用空间光调变器来评估不同折射率重建演算法的准确度。通过复杂介质的光学相位共轭原理，使我们能够量化不同折射率重建算法的误差，而无需访问地面真相。据我们所知，这是第一个评估技术，使用结构化照明实验来测试不同的重建方案的准确性。
2019-05-20 physics.comp-ph physics.optics
Single-cell diffraction tomography with optofluidic rotation about a tilted axis
光学衍射层析成像（Optical Diffraction Tomography，ODT）是一种不需要任何标记物就可以测量活细胞内三维（3D）折射率分布的层析成像技术。原理上，ODT可以被看作是光学投影层析成像的推广，其等同于计算机层析成像（CT）。这两种光学层析成像技术都需要在多个角度测量细胞的投影相位图像。然而，这两种技术测量后3D折射率分布的重建不同。已知的是，ODT产生比投影层析成像更好的结果，因为它考虑了由于样品的折射率结构引起的成像光的衍射。在这里，我们将ODT应用于微流控芯片中的生物细胞，该微流控芯片结合了光捕获和微流控流动以实现光流控单细胞旋转。特别是，我们解决的问题时，被困的细胞不旋转轴垂直于成像平面，而是围绕一个任意倾斜的轴。在本文中，我们表明，考虑到这样一个倾斜的旋转轴在重建过程中的三维重建可以得到改善。
2018-01-02 physics.optics q-bio.QM
Wolf phase tomography (WPT) of transparent structures using partially coherent illumination
Emil Wolf于1969年提出了使用相干全息成像的衍射层析成像，以从透明的非均匀物体中提取3D信息。同时，Wolf方程描述了部分相干光场的传输关联.结合这两个概念，在这里，我们提出沃尔夫相位层析成像（WPT），这是一种方法，用于执行衍射层析成像使用部分相干场。WPT重建工作在直接的时空域中，不需要傅立叶变换，并且从样品的厚度来重建折射率分布。我们证明了WPT的原则，使用空间光干涉显微镜（SLIM）获得的数据。SLIM是一种定量相位成像方法，通过在入射场和散射场之间引入受控相移来升级现有的相衬显微镜。SLIM中的照明场是空间部分相干的（从环形光瞳函数出现）和低时间相干性（白光），因此，适合于沃尔夫方程。根据SLIM中对应于不同相衬帧的三个强度测量，通过计算所测量的复关联函数的拉普拉斯和二阶时间导数，立即获得3D折射率分布。该方法的高通量和简单性使得能够在整个多孔板上研究活细胞中的3D动态事件，RI灵敏度约为10-5。我们通过测量标准样品（微珠）、精子和活神经网络来验证WPT。
2020-04-11 physics.bio-ph physics.optics
3D Tomographic Phase Retrieval and Unwrapping
本文建立三维相位恢复的唯一性理论，提出编码/非编码测量方案、三维相位解缠条件和投影层析唯一性证明，将三维相位恢复约化为相位投影层析问题。
2023-12-03 cs.IT math.IT physics.app-ph
High-throughput intensity diffraction tomography with a computational microscope
我们展示了一种无运动的强度衍射层析成像技术，使直接反演的3D相位和吸收强度仅测量弱散射样品。我们推导出一种新的线性前向模型，具有切片的相位和吸收传递函数，使用角度照明。这种新的框架有利于灵活和有效的数据采集，使照明角度的任意采样。重建算法执行3D合成孔径使用一个强大的，计算和存储器高效的切片反卷积，以实现分辨率不相干的限制。我们展示了我们的技术与厚的生物样品具有稀疏的三维结构和密集的细胞簇。我们进一步研究我们的技术的局限性时，成像强散射样品。成像性能和多重散射的影响进行评估，使用3D样品组成的堆叠相位和吸收分辨率的目标。这种计算显微镜系统直接建立在一个标准的商业显微镜与一个简单的LED阵列源插件，并承诺广泛的应用，利用无处不在的显微镜平台，以最小的硬件修改。
2018-04-09 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Pseudoscopic imaging in a double diffraction process with a slit
保持连续视差的幻视图像被证明是可能的，由于双衍射过程中的狭缝。一个衍射光栅用作视图的波长编码器，而第二个衍射光栅解码投影图像。该过程导致在普通白光照明下图像的放大。
2006-07-07 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
Pure-amplitude holograms for high-efficiency generation of phase radial grating based radial carpet beams: Theory and experiments under plane-wave and Gaussian illumination
Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS)（基础科学高等研究院）
本研究提出了一种纯幅度全息图，通过平面波和高斯光束生成高效径向地毯光束，显著提高功率效率。
2026-02-25 physics.optics
Evaluation of modified uniformly redundant arrays as structured illuminations for ptychography
先前的研究表明，照明的频率内容影响重叠关联重建的收敛速度和重建质量。在这个数值研究中，我们证明，结构化的大照明作为一个修改的均匀冗余阵列（MURA）可以产生更高的分辨率和更快的收敛，通过提高信号的信噪比高空间频率的远场衍射图案的重叠关联。
2020-04-03 eess.IV 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
Aberration correction in epi-fluorescence microscopy using unknown speckle illumination
本文提出一种利用未知散斑照明与匹配重建算法的计算光学方法，通过移动散斑图案采集数据，同时恢复高分辨率图像、点扩散函数、散斑图案和位移，以校正像差并达到或超过衍射极限分辨率。
2023-12-19 eess.IV 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
Axial Super-resolution Evanescent Wave Tomography
三维纳米样品的光学层析重建受到轴向衍射极限的阻碍，轴向衍射极限比焦平面分辨率差2-3倍。我们提出并实验证明了一种轴向超分辨率倏逝波层析成像（AxSET）方法，该方法能够使用常规倏逝波显微镜，如全内反射荧光显微镜（TIRF），超越表面成像，并实现轴向超分辨率层析重建。我们提出的方法基于傅立叶重建实现轴向超分辨率提取信息时，样品被照明的倏逝波从多组三维荧光图像。我们提出了一个程序来提取超分辨率的功能渐逝波的增量渗透，并支持我们的理论的1D（沿光轴）和3D模拟。我们验证了我们的索赔实验证明层析重建的微管在HeLa细胞的轴向分辨率为$\sim$ 130 nm。我们的方法不需要任何额外的光学元件或样品制备。所提出的方法可以结合焦平面超分辨率技术，如STORM，也可以适用于太赫兹和微波近场层析成像。
2016-11-11 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
Untrained, physics-informed neural networks for structured illumination microscopy
University of California, San Diego（加利福尼亚大学圣迭戈分校）
近年来，人们对使用深度神经网络（DNN）进行超分辨率图像重建（包括用于结构化照明显微镜（SIM））产生了极大的兴趣。虽然这些方法已经显示出非常有希望的结果，但它们都依赖于数据驱动的监督训练策略，这些策略需要大量的地面真实图像，这在实验上很难实现。对于SIM成像，需要一种灵活的、通用的和开源的重建方法，其可以容易地适应于不同形式的结构化照明。我们证明，我们可以将深度神经网络与结构化照明过程的前向模型相结合，在没有训练数据的情况下重建子衍射图像。由此产生的物理信息神经网络（PINN）可以在一组衍射限制子图像上进行优化，因此不需要任何训练集。我们的模拟和实验数据表明，这种PINN可以应用于各种SIM方法，通过简单地改变已知的照明模式中使用的损失函数，可以实现分辨率的提高，以及与理论预期相匹配。
2022-07-15 cs.CV eess.IV physics.optics
Super-resolution capacity of variance-based stochastic fluorescence microscopy
本文从数学上刻画了随机散斑照明图像方差中的样品信息，证明当散斑相关长度与观测点扩散函数宽度一致时可获得两倍分辨率提升，并比较了RIM与SOFI两类基于方差的方法的差异。
2023-11-23 physics.optics stat.ME
Coherent X-ray Diffractive Imaging; applications and limitations
衍射图案的反转提供了无像差的衍射受限的3D图像，而没有基于透镜的断层扫描系统的分辨率和景深限制，唯一的限制是辐射损伤。我们回顾我们的实验结果，讨论这种技术的基本限制和未来的计划。
2003-08-15 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
Progress in Three-Dimensional Coherent X-Ray Diffraction Imaging
相位相干衍射图案的傅里叶反演提供了图像，而没有基于透镜的层析成像系统的分辨率和焦深限制。我们报告我们最近的实验图像反转使用相位恢复算法的最新发展，并总结了导致这些成就的努力。其中包括二维测试图案的从头算重建、厚物体的无限焦深图像及其高分辨率（~10 nm分辨率）三维图像。讨论了低密度气凝胶样品结构成像的研究进展。
2005-10-06 physics.optics
Diffraction characteristics of optical elements designed as phase layers with cosine-profiled periodicity in azimuthal direction
本文研究了两种位相光学元件在高斯激光束照射下的菲涅耳衍射特性。两个元件都提供相位延迟的方位角周期性。第一元件具有沉积在平面基底上的方位角余弦轮廓相变。第二元件是第一元件和薄相位轴棱锥的组合。两个衍射元件的相位延迟的余弦分布在它们的衍射图上产生方位角余弦分布调制。它破坏了它们衍射场的涡旋特性。
2011-08-28 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
Fast unified reconstruction algorithm for conventional, phase-contrast and diffraction tomography
本文提出了一种从多个照明方向上采集的透射图像进行物体三维重建的统一方法。该方法可适用于与使用X射线、电子和其他形式的穿透辐射或物质波的基于吸收的、相衬或衍射成像相关的实验条件。相位恢复（也称为对比度传递函数校正）和埃瓦尔德球曲率的影响（在具有浅景深和显着的物内衍射的情况下）都被纳入所提出的算法中，并且可以被考虑在内。多次散射没有明确处理，但可以减轻作为角平均的结果，构成该方法的一个基本特征。相应的数值算法是基于三维网格，允许快速计算的实施，包括一个简单的并行化。该算法可以用于任何扫描几何涉及平面波照明。已经开发了实现所提出的算法的软件代码，在模拟和实验图像数据上进行了测试，并公开提供。
2022-07-08 physics.med-ph 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
Scanning diffraction imaging without stable illumination and scan position information
提出一种无需稳定照明和精确扫描位置信息的叠层衍射成像框架，通过波前调制器和新相位恢复流程，实现亚像素定位与多参数定量恢复，简化纳米尺度成像。
2025-01-26 eess.IV physics.optics
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
Gradient Optical Diffraction Tomography
针对现有相位梯度成像技术无法实现三维层析的局限，本文提出梯度光学衍射层析（GODT）方法，基于一阶Rytov近似重建三维折射率分布的导数，为生物医学定量相位成像提供全新对比度域。
2024-11-13 physics.optics
Diffraction microtomography with sample rotation: influence of a missing apple core in the recorded frequency space
相干光衍射显微断层扫描技术被认为是一种很有前途的技术，可以在三维空间中对透明的活体样品进行成像而不需要染色。与仅提供形态信息的非相干光的常规显微镜相反，衍射显微层析成像通过在空间频率域中映射三维支撑物来获得所观察样品的复光学折射率。该技术可以在两种配置中实现，即，通过用固定样品改变样品照明或通过使用固定照明旋转样品。在文献中，仅详细描述了前一种方法。在这份报告中，我们精确地推导出可以由样本旋转配置映射的三维频率支持。我们发现，在一阶玻恩近似下，可以映射的频域的体积呈现出缺失的部分，其形状类似于苹果核。由于球帽的有限半径，在频率空间中的衍射波到由样品旋转覆盖的球帽集合上的投影不允许沿着旋转轴的频率的完整映射。我们提出了这种缺失的信息重建的理想对象的影响的模拟。
2008-08-02 physics.optics
Optical Diffraction Tomography Meets Fluorescence Localization Microscopy
本文将单分子定位显微数据重新建模为无相位光学衍射层析系统，并提出联合优化框架，仅从SMLM帧中同时估计折射率图和荧光分子位置。
2023-07-18 eess.SP physics.optics
Angle-multiplexed metasurfaces: encoding independent wavefronts in a single metasurface under different illumination angles
薄衍射光学元件的角度响应是高度相关的。例如，通过由光栅周期确定的光栅动量来锁定光栅的入射角和衍射角。其他衍射装置，包括常规超表面，由于菲涅耳区边界的固定位置和超原子的弱角度敏感性而具有类似的角度行为。为了改变这一基本属性，我们引入了角度复用元表面，由反射性高对比度介电U形元原子组成，其在不同角度照射下的响应可以独立控制。这使得平面光学器件能够在从不同方向照射时施加不同且独立的光学变换，这是以前衍射光学器件中不可用的能力。
2017-11-07 physics.optics
Wavelength-dependent photothermal imaging probes nanoscale temperature differences among sub-diffraction coupled plasmonic nanorods
虽然等离子体纳米结构的热和电磁特性已经很好地理解，但纳米温度测量仍然提出了实验和理论挑战。等离子体结构可以将电磁能量限制在纳米级，导致局部的、不均匀的、可控的加热。但是使用光学技术以纳米级的精度读出温度是一个困难的挑战。在这里，我们报告的光学测温的个别金纳米棒三聚体，表现出多种波长依赖性的等离子体激元模式，导致可测量的不同的局部温度分布。具体来说，我们演示了光热显微镜如何编码不同的波长依赖的温度分布的光热图像点扩散函数的不对称性。这些点扩散函数的不对称性解释通过同伴的光热图像的数值模拟，以揭示如何不同的热梯度内的纳米棒三聚体可以通过激发其杂化等离子体模式控制。我们还发现，光学暗的混合等离子体激元模式可以通过我们的聚焦激光束照明几何形状在某些光束位置处激发，从而提供了一种额外的途径来修改宽场照明之外的纳米级热分布。总之，这些研究结果证明了一种全光学测温技术，可以在衍射极限以下的纳米级上主动创建和测量热梯度。
2021-03-15 physics.optics
