Diffuse-illumination holographic optical coherence tomography
本研究提出一种漫射照明全息OCT技术，通过非相干平均变化漫射照明体积，有效抑制多次散射散斑和空间相干噪声，显著提升图像质量，并在标准OCT应用轴向范围内保留全息重建能力。
2023-09-15 physics.optics
SMILE: a universal tool for modulated-enhanced localization microscopy to achieve minimal three-dimensional resolution
本文提出三维单分子调制照明定位估计器SMILE，通过横向调制照明与点扩散函数工程协同整合，实现接近理论极限的定位精度，并兼容多种PSF和4Pi构型，有望推动MELM发展。
2025-05-07 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
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
Quantitative phase and refractive index imaging of 3D objects via optical transfer function reshaping
反卷积相位显微镜通过重建透明样品的透射相位或折射率，实现透明样品的高对比度可视化。在这里，我们提出了一种方法来扩展2D反卷积相位显微镜厚3D样品。通过仅测量优化照明模式下获得的四幅强度图像，即可获得样品在特定轴平面上的折射率分布。此外，可以使用不同的照明图案来测量样品的光学相位延迟。
2022-01-21 eess.IV physics.optics
Three-dimensional imaging with single-frame jigsaw-puzzle-reorganized sinusoidal fringe using multi-pixel axial flat brush scanning
结构光三维（3D）成像可以经由具有相移照明的一个或多个像素化阵列相机来实现静止物体的3D形状。为了将三维成像扩展到运动场景，我们提出了一种单帧调制光图案和采样图案的双投影三维成像方法。它通过多像素探测器沿运动轴进行轴向平刷扫描，实现对运动三维场景的连续成像。利用空间多路复用技术实现多个单像素成像，每个单像素不需要一直盯着物体的某个部分，避免了运动模糊问题。我们的方法的性能已被证明是通过数值模拟。鉴于此，我们相信该技术为实际应用铺平了道路，包括产品线3D监控。
2019-04-30 eess.IV physics.optics
3D super-resolved multi-angle TIRF via polarization modulation
测量蛋白质或细胞结构的三维纳米级组织具有挑战性，特别是当结构是动态的时。多角度全内反射荧光（MA TIRF）由于在不同照明角度下的信息全内反射荧光（TIRF）成像而被研究以提供纳米级轴向和亚秒级时间分辨率。然而，传统的MA-TIRF在横向分辨率上仍然表现不佳，并且无法表征密集分布区域中的深度图像，从而在纳米级轴向分辨率和衍射限制的横向分辨率之间留下巨大的对比。此外，先前的重建高度受限于随着照明角度的量的增加的效率。在此，我们首次强调了MA-TIRF中的横向超分辨，并以简单地将偏振调制引入照明过程为例。配备了稀疏和加速邻近算法，我们检查了一个更精确的3D样品结构相比，以前的方法，使活细胞成像的时间分辨率为2秒，恢复高分辨率的线粒体分裂和融合过程。由于引入的涡流半波延迟器是现有MA-TRIF系统的附加组件，并且该算法是第一个开源和最快的，我们预计这里介绍的方法和算法将被生物界迅速采用。
2018-01-03 physics.bio-ph 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
Multiplane Quantitative Phase Imaging Using a Wavelength-Multiplexed Diffractive Optical Processor
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）
提出一种波长复用衍射光学处理器，通过深度学习训练的衍射层将不同轴向平面的2D相位分布转化为编码于不同波长通道的强度图案，实现单视场多平面全光定量相位成像，并经数值模拟和太赫兹实验验证。
2024-03-16 cs.CV cs.NE physics.app-ph
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
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
Extended depth-of-field light-sheet microscopy improves imaging of large volumes at high numerical aperture
提出 ExD-SPIM，用相位掩模扩展高 NA 探测物镜景深以匹配光片厚度，从而提升大体积、高分辨率成像的 SNR、覆盖范围与神经元检测数。
2022-05-31 physics.bio-ph physics.ins-det physics.optics
Inverted Gabor holography principle for tailoring arbitrary shaped three-dimensional beams
众所周知，通过以某种方式修改波前，可以将光强度变成某种形状。然而，所有已知的光调制技术仅允许有限的光修改：在空间中的受限区域内聚焦，沿着光轴成形为某类参数曲线，或者如在艾里光束的情况下由二次相关偏转描述的弯曲。我们展示了经典光波前整形的一般情况，其允许强度和相位重新分布成任意轮廓，包括预先确定的强度的关闭。为了创建一个任意的三维强度路径，我们将路径表示为一系列紧密堆积的单个点状吸收体，并模拟所创建对象集的同轴全息图;当这样的全息图被对比度反转时，从而产生衍射器，它在照明下在衍射器后面创建预定的三维强度路径。平滑光路的关键参数是预定曲线的采样，其由光学系统的横向和轴向分辨率给出。我们提供了模拟和实验结果来证明这种新方法的力量。
2016-05-09 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
