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
DO-CGI: deep-optimized illumination patterns for computational ghost imaging at low sampling ratios
Faculty of Engineering, Bar-Ilan University（巴伊兰大学工程学院）
该研究针对低采样率下计算鬼成像质量下降问题，提出深度学习框架优化照明图案，实验表明其性能优于随机图案，且图案可跨数据集迁移，为减少成像测量次数提供新方法。
2026-07-30 physics.optics
Information-optimized color metalenses for camera imaging
Chungnam National University（忠南国立大学）
本文针对彩色超透镜设计不考虑相机的问题，直接优化超原子宽度图以提升相机的互信息，在三种材料平台上实现了信息率、分辨率及色彩的提升，证明光学传递重新分配可改善相机性能。
2026-08-26 physics.optics
Hyperpixels: Pixel Filter Arrays of Multivariate Optical Elements for Optimized Spectral Imaging
提出“hyperpixels”概念，通过设计多子像素Fabry-Perot谐振器高度定制光谱透射率，实验证明其在解混矩阵条件数上优于最优带通滤波器，适用于低SNR限制的实时成像应用。
2024-03-25 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
Quantum Limits on Material Response Factors for Optimized Radiative Heat Transfer
通过量子力学的考虑，我们优化的材料响应因子$|χ|^2/\text{Im}\left[χ\right]$，这在近场辐射传热（RHT）的基本限制中起着至关重要的作用。对所选材料的实验数据进行的极限比较表明，目前的材料比优化值低几个数量级，这表明两个物体之间的辐射热传递速率有可能得到显着改善。这项工作为寻求优化RHT的材料设计工作提供了信息，并为RHT的量子起源和基本极限理论提供了见解。
2020-02-12 physics.optics quant-ph
Diffractive lensless imaging with optimized Voronoi-Fresnel phase
King Abdullah University of Science and Technology（阿卜杜拉国王科技大学）；Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences（中国科学院自动化研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
无透镜相机是一类成像设备，其通过用集成的平面光学器件和计算算法替换传统的复合透镜来将物理尺寸缩小到非常接近图像传感器的位置。在这里，我们报告了一个衍射无透镜相机与空间编码的Voronoi-Fresnel相位，以实现卓越的图像质量。我们提出了一个设计原则，最大限度地利用光学获取的信息，以促进计算重建。通过引入一个易于优化的傅里叶域度量，调制传递函数体积（MTF），这是相关的Strehl比，我们设计了一个优化框架，以指导衍射光学元件的优化。所得到的Voronoi-Fresnel相位具有包含基础一阶Fresnel相位函数的准质心Voronoi单元的不规则阵列。我们使用原型Voronoi-Fresnel无镜头相机在160万像素图像传感器上在各种照明条件下演示并验证了摄影应用的成像性能。结果表明，所提出的设计优于现有的无透镜相机，并可能有利于在极端物理条件下工作的紧凑型成像系统的发展。
2022-12-07 cs.CV physics.optics
Optimized Sampling for Non-Line-of-Sight Imaging Using Modified Fast Fourier Transforms
University of Wisconsin--Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
针对非视距成像中多像素阵列采样非均匀、数据速率高的问题，本研究基于相量场框架证明中继面过采样特性，结合NUFFT实现非规则稀疏采样的灵活重建，用SFFT在不增内存下扩重建体积，且保留FFT级计算复杂度。
2025-01-09 cs.CV eess.IV eess.SP
Membrane stepping optimization in Modulation Based Imaging
针对基于调制的X射线相衬成像（MoBI）中膜移动方案对图像质量影响未明的问题，提出基于全局与局部标准差指标的膜步进优化策略，实验证明该策略可在不增加实验复杂度的前提下显著提升成像质量。
2025-11-18 physics.med-ph physics.optics
Synthesis of multi-wavelength temporal phase-shifting algorithms optimized for high signal-to-noise ratio and high detuning robustness using the frequency transfer function
用于干涉测量的单波长时间相移算法（PSA）的合成是众所周知的，并且牢固地基于频率传递函数（FTF）范例。在这里，我们扩展了单波长的FTF理论的双和多波长的PSA合成时，同时存在几个激光的颜色。基于傅里叶变换的双波长相位分析（DW-PSA）的合成是针对高信噪比和最少数量的时间相移干涉图而优化的。本文提出的DW-PSA合成可用于不连续工业物体的干涉轮廓。DW-PSA还可用于深层自由形状非球面的DW车间测试。如这里所示，使用基于FTF的合成，可以容易地找到针对高信噪比和高失谐鲁棒性优化的显式DW-PSA公式。到目前为止，没有一般的合成和分析的时间DW-PSA已给出，只有特设DW-PSA公式已被报道。因此，没有明确的公式，他们的频谱，他们的信号噪声，他们的失谐和谐波的鲁棒性已经给出。本文首次给出了一种设计具有所需光谱、信噪比和失谐鲁棒性的DW-PSA（或三波长PSA）的完全通用的方法。最后，我们推广DW-PSA更高数量的波长时间PSA。
2016-03-11 physics.optics
Long working distance objective lenses for single atom trapping and imaging
我们提出了一对优化的物镜，其长工作距离分别为117 mm和65 mm，当通过标准真空窗口成像时，对Cs和Rb波长提供衍射限制性能。这些设计利用标准目录镜头元件提供简单且具有成本效益的解决方案。物镜1提供了提供3~ $μ$ m分辨率的$\mathrm{NA}=0.175$，而物镜2针对高收集效率进行了优化，具有$\mathrm{NA}=0.29$和1.8~ $μ$ m分辨率。这种灵活的设计可以通过简单地重新优化透镜间隔来进一步扩展以用于更短的波长。
2016-07-26 physics.atom-ph physics.optics
Real time phase imaging with an asymmetric transfer function metasurface
将光波场中的相位变化转换为强度信息对于包括生物细胞显微术在内的光学成像技术具有根本重要性。虽然相位成像的传统方法通常依赖于庞大的光学组件或计算后处理，但元光学器件最近已经展示了全光学、超紧凑的图像处理方法。在这里，我们描述了一种利用光子自旋轨道耦合来创建用于实时相位成像的非对称光学传递函数的超颖表面。实验证明了通过该设备的传输的不对称性的效果与生成的高对比度的伪3D强度图像的相位变化在光波场，而不需要后处理。这种非干涉方法在生物活细胞成像和实时波前传感方面具有潜在的应用。
2021-11-09 physics.optics
Vectorial modeling of near-field imaging with uncoated fiber probes: Transfer function and resolving power
使用精确的三维矢量模拟的辐射耦合到未涂覆的介质光纤探头，我们计算的锥形单模光纤尖在633 nm的光波长的振幅传递函数。玻璃纤维尖端的耦合效率是在宽范围的空间频率的入射辐射的开口角从30度到120度变化。在近场成像与这些提示的分辨率被认为是在直接和空间频率空间的场分布有限。详细分析了描述探测光场与近场图像之间关系的传递函数的特性。利用一个完美的尖端的重要性也进行了检查。
2006-08-30 physics.optics
Partial-Transfer Absorption Imaging: A versatile technique for optimal imaging of ultracold gases
部分转移吸收成像是一种工具，使原子云的最佳成像范围广泛的光学深度。与标准吸收成像相比，该技术可以具有最小的破坏性，并且可以用于获得同一样品的多个连续图像。该技术涉及将样品的一小部分从初始内部原子状态转移到辅助状态，随后在循环过渡时吸收该部分成像。保持在初始状态的原子基本上不受影响。我们展示了该技术，讨论其适用性，并比较其性能作为一个最小的破坏性技术的相衬成像。
2012-06-29 cond-mat.quant-gas physics.atm-clus physics.atom-ph
Single-shot refractive index slice imaging using spectrally multiplexed optical transfer function reshaping
本文提出结合光谱复用与光学传递函数工程的单次拍摄折射率切片成像方法，通过三色编码照明和去卷积实现对焦层RI重建，并在微球及动态生物细胞上验证了亚细胞分辨率。
2023-01-13 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Optimal transfer functions for bandwidth-limited imaging
经典光学显微镜的基本限制之一是光学分辨率的衍射极限。它是由光学显微镜的光学传递函数（或OTF）的有限带宽引起的，这限制了显微镜透射的最大空间频率。然而，考虑到OTF的频率支持，其完全由所使用的光学硬件确定，一个开放且未解决的问题是什么是跨越该支持的空间频率的最佳振幅和相位分布，其提供“最清晰”的可能图像。在本文中，我们将回答这个问题，并提出如何为任何给定的成像系统找到最佳OTF的一般规则。我们讨论我们的结果在光学显微镜的背景下，特别是考虑的情况下，宽视场显微镜，共焦图像扫描显微镜（ISM），4PI显微镜，和结构照明显微镜（SIM）。我们的研究结果是很重要的，找到最佳的反卷积算法的显微图像，我们证明了这一实验的例子ISM。我们的研究结果也可以作为设计光学系统，提供最好的图像的指导方针，他们可以很容易地推广到非光学成像，如望远镜成像，超声成像，或磁共振成像。
2022-03-10 physics.optics
A plane wave analysis of coherent holographic image reconstruction by phase transfer
荧光成像在无数的科学努力中起着关键作用，特别是在生物科学中。荧光强度的三维成像通常需要串行数据采集，即用非成像单元件检测器对整个样品发射的荧光进行逐体素收集。虽然非成像荧光检测提供了一些散射鲁棒性的措施，在动态样本可以成像的速率是非常有限的。其他荧光成像技术利用成像检测来提高收集率。一个值得注意的例子是光片荧光显微镜，也被称为选择性平面照明显微镜（SPIM），它照亮了一个大的区域内的标本和收集发射的荧光在一个角度垂直或倾斜的照明光片。不幸的是，所发射的荧光的散射可能导致在高度混浊的生物介质中所收集的图像的模糊。我们最近介绍了一种成像技术，称为相干全息图像重建相转移（CHIRPT），结合了光片状照明与非成像荧光检测。通过将光片照明的速度与非成像检测的散射鲁棒性相结合，CHIRPT有望对生物成像产生巨大影响，特别是对于$\textit{in vivo}$制剂。在这里，我们提出了空间相干照明下的CHIRPT成像的数学形式主义，并提出实验数据，验证了理论模型。
2015-07-27 physics.optics
Super-Resolution Imaging with Multiparameter Quantum Metrology in Passive Remote Sensing
我们研究超分辨率成像理论上使用一个遥远的n模式干涉仪在微波制度的被动遥感，使用例如，用于像“土壤湿度和海洋盐度（SMOS）”任务这样的卫星观测地球表面。我们给出了一个完整的量子力学分析的多参数估计的源平面上的温度。我们找到最佳的检测模式相结合的传入模式与优化的酉，使最翔实的测量的基础上的光子计数的检测模式和饱和的量子Cramér-Rao约束从对称对数导数的参数集的温度。在我们的数值分析中，我们通过使用像素大小为3 km的极大似然估计器重建图像来实现量子增强的超分辨率，这比具有可比参数的SMOS的空间分辨率小十倍。此外，我们找到了优化的酉均匀的温度分布在源平面上，与温度对应的图像的平均温度。即使对应的酉未针对特定图像进行优化，与理论上可能的最大测量次数的局部测量场景相比，它仍然提供了超分辨率。
2023-01-04 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Implementing focal-plane phase masks optimized for real telescope apertures with SLM-based digital adaptive coronagraphy
对系外行星或拱星盘物质的直接成像需要在10-6到10-12水平的极端对比度，与恒星的角距< 100质量。焦平面掩模日冕照相成像在这一领域发挥了关键作用，利用了地面8+m级望远镜上自适应光学的进展。然而，大型望远镜的入射光瞳通常由复杂的，有时是分段的，非理想的孔径组成，其中包括用于次镜及其支撑结构的中心障碍物。在实践中，这在可实现的对比度和内部工作角方面对波前质量和日冕照相性能产生负面影响。最近的理论工作结构黑暗表明，解决方案FPM相位分布，优化非理想孔径，可以数值推导。在这里，我们提出并讨论了这个概念的第一个实验验证，使用反射式液晶空间光调制器作为自适应FPM日冕仪。
2017-07-11 astro-ph.IM physics.optics
Optimized pulses for population transfer via laser induced continuum structures
我们使用最佳控制来找到最佳脉冲形状，以最大化通过连续态耦合的两个束缚态之间的布居转移。我们发现，最优有界控制获得bang-interior和cohor-bang形式，与bang部分对应的最大允许控制值和内部部分的值之间的零和最大值。然后，我们使用数值最优控制，以获得切换次数和内部控制值。我们将我们的结果与使用高斯STIRAP脉冲获得的结果进行了比较，发现最佳方法的性能更好，改善的程度取决于有效的双光子失谐和非相干损失的大小。当我们考虑有效双光子共振时，对于较大的非相干损耗，改善更显着，而当我们考虑有效双光子失谐时，对于较小的非相干损耗，改善更好。我们还得到了传输效率如何随着Fano因子的绝对值的增加而增加。目前的工作预计将在两个束缚态之间通过连续结构的人口转移发挥重要作用的领域中找到应用，例如相干效应，如人口捕获和电磁诱导透明，光波在基于波导的光子结构中传播的光学类似物，以及通过玻色子或波导模式的连续体耦合的量子位。
2021-12-27 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Direct imaging of the energy transfer enhancement between two dipoles in a photonic cavity
光子谐振腔在增强两个偶极子之间的能量传递方面引起了人们极大的兴趣，在光子学、照明光源和分子生物传感等方面的应用具有深远的影响。然而，在控制偶极子的位置、方向和光谱方面的实验困难限制了早期在光谱可见部分的工作，并导致了不一致的结果。在这里，我们直接映射两个偶极子之间的微波能量转移的谐振半波长腔与空间和频率的可控性控制。我们的方法扩展了福斯特共振能量转移（FRET）理论的微波频率，并使用量子电动力学和微波工程的FRET的描述之间的差距桥梁。除了概念上的兴趣，我们展示了如何使用这种方法来优化光子腔的设计，以增强偶极-偶极相互作用和FRET。
2019-02-07 physics.app-ph physics.optics
Design and Optimization of Gregorian-based Reflector Systems for THz Imaging System Optics
反射面天线结构在太赫兹成像系统光学部分设计中的应用近年来引起了人们的广泛关注。与折射光学相比，反射光学的优势是这一趋势的主要原因之一。宽光谱范围内的镜面反射、没有或很少的反射和透射损失、没有色差、高功率应用中的高可靠性以及由于精确优化的配置而导致的离轴像差的消除仅仅是这些优点中的一些。此外，在成像系统的光学部分中使用新颖的卫星通信反射器天线系统改善了许多成像性能因素，并为不同的成像目标提供了可靠的平台。在本文中，我们将设计一个基于格雷戈里的反射器天线系统的光学部分的太赫兹成像系统，并利用光学技术，我们优化的结构，以获得最佳的成像性能。
2022-02-14 physics.optics
Phase-sensitive fluorescent imaging with coherent reconstruction
光学成像在推进我们对生物系统三维动力学的理解方面起着至关重要的作用。相干成像（CI）方法利用空间相位信息，编码通过传播的相干信号光出现从一个样本，从一个单一的高速测量提取的三维表示的对象。到目前为止，CI方法还不能应用于非相干光，严重限制了它们以足够的速度和体积对最强大的生物探针（荧光分子）进行成像的能力，以观察重要的过程，例如活标本中的神经处理。我们介绍了一种新的成像技术，将相干照明光的空间传播相位转换为非相干荧光发射。传播相位的转移允许CI技术应用于荧光成像，并且导致成像速度和景深的大幅增加。随着这一进展，荧光分子的生物成像显着扩大。
2015-07-22 physics.optics
Optimization strategies for modulation transfer spectroscopy applied to laser stabilization
我们提出了一个一般性的分析，以确定最佳的调制参数的调制转移光谱方案。结果是普遍有效的，可以应用于光谱的任何原子物种只需要知识的有效线宽$Γ_{eff}$。具有优化的斜率和幅度的信号预测为大调制指数$M$和调制频率可比的光谱过渡的自然线宽。作为竞争性实际考虑的结果，$3 \le M \le 10$范围内的调制指数已被确定为最佳。这个参数制度是实验上可访问的设置的基础上的声光调制器。本文提出了一种用于铷D2谱线的优化信号。信号的形状和调制参数的依赖性是在非常好的协议与理论描述。提出了一种实现强抑制残余调幅的实验方法。基于优化的信号，我们证明了激光器的长期稳定性，在15小时内，激光线宽为150 kHz（平均16 s），频率稳定度为18 kHz（rms）。
2020-03-26 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Spatially-coded Fourier ptychography: flexible and detachable coded thin films for quantitative phase imaging with uniform phase transfer characteristics
针对傅里叶叠层成像相位传递不均匀导致线性相位恢复失败的问题，提出空间编码傅里叶叠层成像（scFP），通过在传感器上附加可拆卸编码薄膜实现均匀相位响应，提升重建质量并纠正折射率低估。
2023-11-29 physics.ins-det physics.optics
Local Optimization of Wave-fronts for high sensitivity PHase Imaging (LowPhi)
相位显微镜在生物科学和临床诊断中是一种非常宝贵的工具。电流相位显微镜技术的灵敏度针对一个特定的平均相位值进行了优化，并且在给定的样品中变化显著。在这里，我们展示了一种基于波前整形的技术，该技术优化了整个视场和任意相位物体的灵敏度。对于工程化测试样品以及红细胞，均实现了显著的平均灵敏度增强。除了灵敏度增强，该技术均匀的灵敏度，减少典型的相位成像伪影，如晕，并允许定量单帧显微镜，这可能允许成像加速相比，其他相位步进技术。
2019-08-29 physics.bio-ph physics.ins-det physics.optics
Smear correction of highly-variable, frame-transfer-CCD images with application to polarimetry
由帧转移CCD检测器的无快门操作产生的图像拖影对于许多成像应用是有害的。用于在数字上去除拖尾的现有算法没有考虑强度水平在连续帧曝光之间显著变化的情况。在这份报告中，我们重新制定的拖尾模型，包括传感器照明的具体变化。在快速成像偏振测量的背景下，相应的去钻污表达式和它的噪声特性也被提出和证明。
2015-06-11 astro-ph.IM physics.ins-det physics.optics
