Computational 3D microscopy with optical coherence refraction tomography
光学相干断层扫描（OCT）作为体内临床诊断3D成像模式已经取得了广泛的成功，影响了包括眼科学、心脏病学和胃肠病学在内的领域。尽管OCT具有许多优点，例如高灵敏度、速度和深度穿透，但OCT存在几个缺点，最终限制了其作为3D显微镜工具的实用性，例如其普遍存在的相干散斑噪声和维持毫米级成像深度所需的不良横向分辨率。在这里，我们提出了3D光学相干折射断层扫描（OCRT），OCT的计算扩展，通过结合多个OCT体积，跨两个旋转轴采集，形成一个分辨率增强，斑点减少，折射校正的3D重建合成非相干对比机制。我们的无标记计算3D显微镜采用了一种新颖的光学设计，结合了抛物柱面镜，能够捕获5D全光数据集，包括毫米级3D视场，最大可达$\pm75^\circ$，而无需移动样品。我们证明，3D OCRT揭示了果蝇，斑马鱼和小鼠样本中常规OCT未观察到的3D特征。
2022-02-24 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Computational Microscopy beyond Perfect Lenses
本文提出原位相干衍射成像与叠层衍射成像结合的计算显微方法，可在低剂量下超越完美透镜分辨率，并将剂量降低两个数量级，适用于辐射敏感材料和生物样品成像。
2024-05-03 cond-mat.soft physics.app-ph physics.bio-ph
3D Computational Cannula Fluorescence Microscopy enabled by Artificial Neural Networks
计算套管显微镜（CCM）是一种高分辨率的宽视场荧光成像方法，深入组织内部，这是微创的。手术套管不是使用传统的透镜，而是充当用于激发和荧光发射的光管，其中计算方法用于图像可视化。在这里，我们用人工神经网络增强CCM，使培养的神经元和荧光珠的3D成像成为可能，后者在体积模型内。我们的实验表明，横向分辨率~ 6 um，视场~ 200 um和轴向切片~ 50 um的深度下降到~ 700 um，所有实现的计算时间为~ 3 ms/帧的笔记本电脑上。
2020-07-18 eess.IV physics.optics
Biobeam - Rigorous wave-optical simulations of light-sheet microscopy
样品引起的图像退化仍然是光片显微术中一个复杂的波动光学问题。在这里，我们提出biobeam，一个开源软件包，使模拟操作光片显微镜结合数据从10^5 - 10^6多路复用和GPU加速的点扩散函数计算。这些模拟的波光学性质导致忠实地再现空间变化的像差，衍射伪影，几何图像失真，自适应光学，和紧急波光学现象，并呈现在光片显微镜计算易处理的图像形成。
2017-06-09 physics.bio-ph physics.optics
Sculpting light with paper for computational mobile phone microscopy
许多光学显微镜技术依赖于通过投影图像的方式进行结构化照明（例如，结构化照明显微术）或光的定制角分布（例如，重叠关联）。诸如空间光调制器和发光二极管（LED）阵列的电光设备通常用于为这些成像方案造型光。然而，这些高科技设备并不是轻工艺的必要条件。图案化的漫反射表面还将空间-角度结构压印到反射光上。我们证明，与标准的商业打印机图案化的纸可以用于结构的照明光场的重新聚焦和立体显微镜上的手机显微镜。我们的研究结果说明了纸作为低技术计算成像的光雕刻元素的实用性。
2020-09-21 eess.IV physics.ed-ph physics.optics
Aberration-free calibration for 3D single molecule localization microscopy
我们提出了一个简单的基于样品的技术来校准轴向检测在3D单分子定位显微镜（SMLM）。使用涂有荧光分子的微球，可以获得任何所需深度范围从几百纳米到几十微米的PSF成形或强度为基础的测量的校准曲线。该实验方法考虑了球面像差的影响，而不需要计算校正。
2017-10-13 physics.bio-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
Computationally image-corrected dual-comb microscopy with a free-running single-cavity dual-comb fiber laser
双梳显微镜（DCM），一个有趣的成像模式的基础上的光频梳（OFC）模式和图像像素一对一的对应关系，受益于无扫描全场成像和同步共焦振幅和相位成像。然而，由于复杂性和成本，两个完全频率稳定的OFC源的要求阻碍了DCM的实用性。本文采用双向单腔双梳状光纤激光器作为DCM低复杂度OFC光源。计算图像校正减少了由SCDCFL残余定时抖动引起的图像模糊。具有14.0 nm不确定度的纳米级台阶表面轮廓术突出了图像校正DCM的有效性。该方法增强了DCM的通用性和实用性。
2020-07-24 physics.optics
Computational ghost imaging for transmission electron microscopy
虽然透射电子显微镜（TEM）可以实现比光学显微镜高得多的分辨率，但它们在所涉及的高能过程中面临着对样品造成损坏的挑战。在这里，我们探索使用计算鬼成像技术在电子显微镜，以减少所需的总强度。技术上缺乏同等的高分辨率光学空间光调制器，这意味着需要寻求不同的方法。为此，我们展示了一种基于使用带电金属针的分布来构造光束的光束整形技术，以及一种新的重建方法来处理由此产生的高度非正交图案。其次，我们说明了这种鬼成像方法在电子显微镜中的应用。为了测试这种技术的全部能力，我们实现了一种类似的光学设置方法。在这两种方案中，与光栅扫描相比，减少总照明强度的量的能力是明显的。
2022-04-21 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph physics.ins-det
Computational refocusing in phase-resolved confocal microscopy
本文提出一种基于合成光学全息术的相干共焦激光扫描显微镜数值重聚焦方法，通过对复信号进行计算传播，可从不同焦平面偏移数据中恢复聚焦图像，适用于高度变化大的样品及共焦光学表面轮廓测量。
2024-11-12 physics.optics
Physics-embedded neural computational electron microscopy for quantitative 4D nanometrology
ShanghaiTech University（上海科技大学）；Point Electronic Gmbh；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文提出了一种融合神经计算与物理模型的电子显微镜框架，实现高精度的三维纳米计量，并展示了四维原位表征能力。
2026-01-12 physics.optics
Increasing the resolution of transmission electron microscopy by computational ghost imaging
本研究通过数值模拟，提出在透射电子显微镜中创新性地应用计算鬼成像技术，利用单像素探测器结合结构化照明来克服相干像差限制，并在8电极器件示例中实现了超越像差极限2倍的分辨率提升。
2023-11-10 physics.ins-det physics.optics
Computational TIRF enables optical sectioning beyond the evanescent field for widefield fluorescence microscopy
计算TIRF通过深度学习实现宽场荧光显微镜超越衰减场的光学分层，无需光学修改即可生成TIRF-like图像，并在密集标记样本中实现单帧和体积分层重建。
2026-01-23 cs.AI physics.optics
Hybrid deep learning and physics-based neural network for programmable illumination computational microscopy
School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology（北京理工大学光电学院）；Changchun University of Science and Technology（长春理工大学）
针对可编程照明计算显微术中的逆样品重建问题，提出一种结合深度学习与物理模型的混合神经网络框架，通过融合语义信息与物理约束提升成像质量与泛化能力。
2024-01-17 cs.CV eess.IV physics.bio-ph
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
Single-Pixel Imaging Technology in Holographic Microscopy
本文提出基于单像素成像的全息显微方法HM-SPI，用二次剩余和孪生素数生成循环掩模替代Hadamard掩模，并以单像素探测器结合FFT算法实现O(NlogN)复杂度的原始场重建，为宽光谱紧凑型全息系统发展提供新途径。
2025-04-10 physics.optics
GEOMScope: Large Field-of-view 3D Lensless Microscopy with Low Computational Complexity
无透镜成像器的最新发展已经使得能够通过紧邻相机传感器的薄光学件进行三维（3D）成像。宽视场无透镜成像的一个普遍挑战是通过迭代优化过程重建3D物体的计算复杂度高且速度慢。在这里，我们展示了GEOMScope，一种无透镜3D显微镜，通过单层微透镜阵列形成图像，并通过基于几何光学的像素反投影算法和背景支持重建物体。与其他方法相比，我们的方法允许局部重建，这显着减少了所需的计算资源，并将重建速度提高了几个数量级。这使得能够在23x23x5 mm^3的大体积上进行近实时的物体重建，横向分辨率为40 um，轴向分辨率为300 um。我们的系统为广泛的生物医学应用开辟了新的途径，如内窥镜检查，这需要小型化的设备足迹和实时高分辨率可视化。
2021-01-20 eess.IV physics.optics
Computational assessment of an effective-sphere model for characterizing colloidal fractal aggregates with holographic microscopy
我们进行模拟，以评估最近的实验技术，使用在线全息显微镜和有效球模型来测量人口平均分形维数$D_f$的合奏胶体分形聚集体。在该技术中，基于均匀球体的Lorenz-Mie散射的模型被拟合到分形聚集体的群体的数字全息图，以确定聚集体的有效折射率$n_{eff}$和有效半径$a_{eff}$。基于Maxwell Garnett有效介质理论的$n_{eff}$和$a_{eff}$之间的比例关系然后确定$D_f$。在这里，我们使用一个多球叠加代码来计算精确的全息图所产生的可调分形维数$D_f$的聚集。我们发现，$n_{eff}$和$a_{eff}$变得不太敏感的聚集体取向作为$D_f$增加。我们还表明，麦克斯韦加内特标度关系正确地确定$D_f$在10.5\%，当多次散射是可以忽略的，人口平均的决定系数$\langle R^2\rangle_p > 0.6$，表明全息图是很好地描述了有效球模型。
2019-06-26 cond-mat.soft physics.optics
A Residual-Subspace Constraint Framework for Fourier Ptychographic Microscopy
School of Physics & State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院与光电材料与技术国家重点实验室）；College of Information Science and Electronic Engineering, Zhejiang University（浙江大学信息与电子工程学院）
本文提出了一种基于残差子空间约束的傅里叶偏振显微镜框架，通过子空间分解将低秩系统误差与随机噪声分离，从而在不依赖显微镜硬件校准的情况下实现高保真度的相位和振幅恢复。
2026-05-21 physics.optics
Coordinate-based neural representations for computational adaptive optics in widefield microscopy
本文提出自监督机器学习算法 CoCoA，利用坐标神经表示与正向物理模型从单个三维图像堆栈中联合估计波前并提取三维结构信息，无需外部训练数据，实现了首次基于机器学习自适应光学的活体小鼠脑宽场成像。
2025-03-07 cs.SY eess.IV eess.SY
XLuminA: An Auto-differentiating Discovery Framework for Super-Resolution Microscopy
该研究推出基于JAX的开源超分辨显微镜自动微分发现框架XLuminA，依托XLA等技术实现较传统数值优化方法4个数量级的提速，可重新发现经典实验并识别新型亚衍射成像方案，推动AI驱动的光学科学发现。
2024-05-17 physics.optics
Computational interference microscopy enabled by deep learning
本文提出计算干涉显微（CIM）方法，利用基于U-net的深度学习模型从单次曝光DPM图像生成SLIM质量的高灵敏度相位图，去除激光散斑和背景相位噪声，并实现实时低噪声相位成像，在血液涂片上验证了静态和动态成像效果。
2020-12-17 eess.IV physics.optics q-bio.QM
Localization microscopy: a review of the progress in methods and applications
在这里，我们报告的分析和总结的研究领域的光学成像定位显微镜。我们介绍了PALM和STORM的超分辨定位显微镜方法的基本要素，通常在体内和体外使用，讨论了背景理论，仪器和计算算法的核心要素。我们讨论了光学显微镜的分辨率极限和数学框架定位荧光染料在空间超过这个限制，包括精度可获得的染料发出的光量的函数，以及它如何导致空间和时间精度之间的根本妥协。一个“好的染料”的属性进行了概述，是PALM和STORM超分辨率显微镜的功能和适应，可能需要进行实验协议，以执行本地化确定。我们简要分析了现代超分辨光学成像的一些方法，通过重塑点扩散函数，以及他们如何利用本地化显微镜方面，如受激损耗（STED）的方法和MINFLUX，并总结了现代方法，推动本地化到3D使用非高斯点扩散函数。我们报告了当前的本地化数据分析方法，包括确定2D和3D扩散常数，分子化学计量，并进行聚类分析与尖端技术，最后讨论如何使用这些技术，使重要的洞察到一系列的生物过程。
2021-02-24 physics.bio-ph physics.optics q-bio.SC
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
Efficient methods for wave propagation in electron microscopy
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）；Institute of Physical Engineering, Brno University of Technology（布尔诺理工大学物理工程学院）；Central European Institute of Technology, Brno University of Technology（布尔诺理工大学中欧技术研究所）
本文提出两种方法SASM和NLASM，通过减少采样需求并保留波传播物理，提升电子显微镜的波光学模拟效率。
2026-03-17 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
Geometric Solution of Image Degradation by Diffraction in Lensless Sensing and Microscopy
本文提出了一种非计算方法来抵消无透镜显微镜中衍射现象引起的图像退化的影响。所有的光学图像（无论是否由透镜聚焦）都是衍射图案，其在一定程度上保留视觉信息，该程度由点扩散函数的大小确定，在某些情况下像艾里圆盘。可以利用高度发散的光束来相对地减小这些点扩散函数在变换后的投影空间中的空间范围，这可以帮助我们进行视觉信息的空间解混。该原理已通过对直径约6-9微米的红细胞和具有微米尺度特征的光刻掩模的无透镜成像进行了实验验证。所提出的方法的非计算阴影显微镜的重要优点是改善的景深和急剧增加的传感器样品的工作距离。该成像方法还可以用作多角度光学计算机断层成像（CT）中的投影技术。
2021-04-07 eess.IV physics.app-ph physics.optics
Computational 3D topographic microscopy from terabytes of data per sample
Duke University（杜克大学）；Ramona Optics Inc.（拉蒙娜光学公司）；Yonsei University（延世大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文提出STARCAM大规模计算三维形貌显微镜，利用54相机阵列采集每样本2.1 TB数据，并通过自监督神经网络联合重建全景深合成图与三维高度图。
2023-06-05 cs.CV cs.LG eess.IV
Differentiable optimization of the Debye-Wolf integral for light shaping and adaptive optics in two-photon microscopy
通过具有高数值孔径的显微镜物镜控制光是光遗传学、自适应光学或激光加工等应用中的常见要求。光的传播，包括偏振效应，可以在这些条件下使用德拜-沃尔夫衍射积分来描述。在这里，我们利用可微优化和机器学习来有效地优化此类应用的Debye-Wolf积分。对于光整形，我们表明这种优化方法适合于在双光子显微镜中工程任意三维点扩散函数。对于基于可微模型的自适应光学（DAO），所开发的方法可以找到具有内在图像特征的像差校正，例如用遗传编码的钙指示剂标记的神经元，而不需要引导星。使用计算建模，我们进一步讨论的空间频率和像差的幅度，可以用这种方法进行校正的范围。
2022-11-30 cs.LG physics.bio-ph physics.optics
Versatile optimization-based speed-up method for autofocusing in digital holographic microscopy
提出一种基于带抛物线插值的黄金分割搜索的数字全息显微自动对焦加速方法，通过优化探测位置减少传播计算次数，在不损失精度的前提下实现高达136倍加速。
2023-05-17 eess.IV physics.optics q-bio.QM
Deep-Learning-Aided Extraction of Optical Constants in Scanning Near-Field Optical Microscopy
本文提出用深度学习网络自动提取扫描近场光学显微镜中的光学常数，相比传统拟合方法在模拟光谱上具有更高精度、抗噪性和计算速度。
2022-02-07 physics.optics
Parallelized computational 3D video microscopy of freely moving organisms at multiple gigapixels per second
本文提出 3D-RAPID 计算显微镜，通过 54 台相机同步阵列实现每秒超 5 千兆像素的高速三维成像，并利用自监督 CNN 重建算法对自由运动生物进行并行化三维行为观测。
2023-01-19 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Holographic Microscopy with Python and HoloPy
全息显微镜捕获干涉图案或全息图，这些图案或全息图编码了关于被观察物体的三维（3D）信息。计算对于提取3D信息至关重要。通过包装低级散射代码并利用Python的数据分析生态系统，HoloPy使实验者能够轻松使用现代，复杂的推理方法来分析全息图。由此产生的数据可用于了解小颗粒或微生物如何移动和相互作用。该项目说明了计算工具如何使实验方法和新的实验。
2018-05-31 eess.IV physics.optics
Wide-Field, High-Resolution Reconstruction in Computational Multi-Aperture Miniscope Using a Fourier Neural Network
本文提出了一种基于微透镜阵列的计算多孔径微型显微镜，并开发了多通道傅里叶神经网络SV-FourierNet，通过物理模拟器训练实现宽场高分辨率图像重建，有效解决了空间变化像差问题，在生物医学成像中具有广泛应用前景。
2024-05-30 eess.IV physics.optics
Synthetic aperture phase imaging of second harmonic generation field with computational adaptive optics
本文提出基于合成孔径傅里叶全息显微与计算自适应光学的SHG场超分辨定量相位成像方法，可在强散射和复杂像差下突破阿贝衍射极限，并在斑马鱼肌肉组织中实现深层成像验证。
2023-04-27 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
Adaptive coded illumination Fourier ptychography microscopy based on physical neural network
针对传统FPM采集慢、计算重的问题，提出将时间编码照明作为物理神经网络层以生成自适应照明，并通过直接编码点亮多LED采集，实现细节保真度与成像速度的SOTA表现。
2023-04-20 cs.ET eess.IV physics.optics
SNR-based adaptive acquisition method for fast Fourier ptychographic microscopy
傅立叶重叠关联显微术（FPM）是一种高分辨率、大视场的计算成像技术。然而，典型LED面板可实现的有效数值孔径（NA）是模糊的，并且通常依赖于不同照明NA的重复测试。每个原始图像的成像质量通常取决于视觉评估，这是主观和不准确的，特别是对于那些暗场图像。本文提出了一种基于信噪比（SNR）的自适应采集方法，根据信噪比（SNR）值对每幅原始图像进行定量评估和自适应采集，提高了FPM的采集效率，自动获取可达到的最大NA，减少了采集、存储和后续计算的时间。在不增加任何算法复杂度和计算负担的情况下，采用了广泛使用的EPRY-FPM算法。分别在具有泊松和高斯噪声模型的不同成像传感器的美国空军目标和生物样品中验证了该性能。进一步结合稀疏LED策略，可将采集图像的数量从361帧缩减到25帧左右，缩减率可达90%以上。该方法将使FPM更加实用和自动化，并可用于不同配置的FPM。
2017-10-02 eess.IV physics.optics
Light-Field Microscopy for optical imaging of neuronal activity: when model-based methods meet data-driven approaches
University of Cambridge（剑桥大学）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）
了解神经元网络如何处理信息是现代神经科学的关键挑战之一。实现这一目标的一个必要步骤是能够观察大脑大面积上大量神经元的动态。光场显微镜（LFM）是一种无扫描显微镜，是一种特别有吸引力的高速三维（3D）成像的候选者。它在一个单一的快照中捕获体积信息，允许以视频帧速率进行体积成像。使用LFM成像神经元活动的具体特征要求开发新的机器学习方法，充分利用嵌入在物理和光学模型中的先验知识。信号处理理论和波动光学理论可以在填补这一空白方面发挥关键作用，并通过整合模型驱动和数据驱动方法，为新的计算方法提供增强的可解释性和通用性。本文对线性调频的计算方法进行了全面的综述，重点介绍了基于模型和数据驱动的方法。
2021-10-24 cs.CV cs.LG eess.IV
Nonlinear Spectral Fusion Super-Resolution Fluorescence Microscopy based on Progressively Saturated Upconversion Nanoparticles
本研究提出计算渐进发射饱和纳米显微技术（CPSN），利用上转换纳米颗粒的非线性响应，结合单束环形激发光与深度递归残差网络（DRRN），实现33 nm空间分辨率和55 dB信噪比的超分辨成像，简化了光学系统并提升了成像质量。
2025-07-14 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
Computational aberration-retrieval with entangled photons
Sorbonne Université, CNRS, Institut des NanoSciences de Paris, INSP（索邦大学，法国国家科学研究中心，巴黎纳米科学研究所）；Laboratoire Kastler Brossel, ENS-Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Collège de France（卡斯特尔-布罗塞尔实验室，巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，法兰西学院）
本文提出利用纠缠光子对的空间相关性直接反演像差的自适应光学策略，以二阶相关函数为度量，仅需少量测量即可确定校正，无需图像反馈或迭代优化，为量子增强显微镜提供高效新框架。
2026-09-28 physics.optics quant-ph
Data-Driven Computational Imaging for Scientific Discovery
在计算成像中，用于信号采样的硬件和用于对象重建的软件被串联设计以提高能力。这种系统的示例包括计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MRI）和超分辨率显微镜。与更传统的相机相比，在这些设备中，进行间接测量，并使用计算算法进行重建。这使得先进的能力，如超分辨率或三维成像，推动了科学发现的前沿。然而，这些技术通常需要大量的测量，导致低吞吐量、运动伪影和/或辐射损伤，限制了应用。数据驱动的方法，以减少所需的测量次数已被提出，但他们主要需要一个地面实况或参考数据集，这可能是不可能的collect. This工作概述了一个自我监督的方法，并探讨了未来的工作，是必要的，使这种技术可用于实际应用。发光二极管（LED）阵列显微镜，一种模态，允许可视化的透明物体在二维和三维的高分辨率和视野，被用作一个说明性的例子。我们在https://github.com/vganapati/LED_PVAE上发布我们的代码，在https://doi.org/10.6084/m9.figshare.21232088上发布我们的实验数据。
2022-10-29 eess.IV physics.optics
Blur resolved OCT: full-range interferometric synthetic aperture microscopy through dispersion encoding
提出了一种色散编码条件下全范围干涉合成孔径显微镜（ISAM）的计算方法。利用这一点，可以有效地将光学相干断层扫描（OCT）的深度范围扩大一倍，同时显著提高远离焦平面的空间分辨率。为此，我们提出了一种基于模型的迭代重建（MBIR）方法，其中ISAM直接被认为是在优化方法，我们发现稀疏促进正则化有效地恢复了全范围的信号。在这项工作中，我们采用了最佳的非均匀离散快速傅里叶变换（NUFFT）实现ISAM，这是快速和数值稳定的整个迭代。我们验证了我们的方法与几个复杂的样品，扫描与商业SD-OCT系统没有硬件修改。有了这个，我们都证明了全方位的ISAM成像，并显着优于现有方法的组合。
2020-01-31 eess.IV physics.med-ph physics.optics
WaveOrder: A differentiable wave-optical framework for scalable biological microscopy with diverse modalities
Biohub；Center for Scalable Data Analytics and Artificial Intelligence（可扩展数据与人工智能中心）；University of North Carolina（北卡罗来纳大学）
WaveOrder是一种基于波光学的通用框架，通过可微物理模型实现多种生物成像模式下的可扩展定量显微镜技术，提升细胞结构的恢复能力。
2025-12-20 cs.CV physics.optics q-bio.QM
Plenoptic x-ray microscopy
全光相机使用微透镜阵列来在单个复合图像中捕获同一场景的多个视图。它们可以重新聚焦在不同的平面和深度估计上。然而，到目前为止，所有类型的全光计算成像都限于可见光。我们展示了一个X射线全光显微镜，它使用一个集中的微毛细管阵列，而不是一个微透镜阵列，并可以同时获得从一百到一千X射线投影的成像体积位于微毛细管阵列的焦点区域。因此，焦平面附近的各种深度处的断层摄影切片可以以类似于断层合成的方式重建，但是来自单次X射线曝光。该显微镜能够对大样本中的小子体积进行深度分辨成像，并可用于通过传播相衬对弱吸收的人造和生物物体进行成像。
2019-12-26 physics.app-ph 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
snompy: a package for modelling scattering-type scanning near-field optical microscopy
snompy是一个开源Python库，实现了有限偶极子模型和点偶极子模型两种s-SNOM模型，用于模拟纳米FTIR光谱并从实验数据中恢复介电常数，旨在降低定量建模门槛。
2024-05-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Three-dimensional virtual refocusing of fluorescence microscopy images using deep learning
University of California, Los Angeles（加利福尼亚大学洛杉矶分校）；California Nano Systems Institute (CNSI)（加州纳米系统研究所）；David Geffen School of Medicine（大卫·格芬医学院）；Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）
三维（3D）荧光显微术通常需要轴向扫描以在不同平面处捕获样品的图像。在这里，我们证明了可以训练深度卷积神经网络，以将2D荧光图像虚拟地重新聚焦到样本体积内的用户定义的3D表面上。有了这个数据驱动的计算显微镜框架，我们使用在单个焦平面获取的荧光图像的时间序列在3D中成像秀丽隐杆线虫蠕虫的神经元活动，数字化地将显微镜的景深增加了20倍，而无需任何轴向扫描，额外的硬件，或成像分辨率或速度的权衡。此外，我们证明了这种基于学习的方法可以校正样品漂移，倾斜和其他图像畸变，所有这些都是在采集单个荧光图像后进行数字化处理的。这种独特的框架还将不同的成像模式相互交叉连接，使单个宽场荧光图像的3D重新聚焦能够匹配在不同样品平面获得的共焦显微镜图像。这种基于深度学习的3D图像重聚焦方法对于3D生物样品的成像和跟踪可能是变革性的，特别是在延长的时间段内，减轻了与标准3D荧光显微镜技术相关联的光毒性、样品漂移、像差和散焦相关的挑战。
2019-11-02 cs.CV cs.LG physics.app-ph
