On electron imaging of small molecules, Part I: relative roles of multiple scattering and Fresnel diffraction
讨论了在小分子透射电子显微术中，多次电子散射和分子内自由空间传播的相对作用。有人认为，虽然多重散射往往只有一个温和的效果，在这种情况下，在分子菲涅耳衍射可能是显着的，由于浅的焦点深度在相关的实验条件下。因此，与本质上基于投影近似的传统计算机断层摄影相比，基于第一玻恩或第一Rytov近似的衍射断层摄影表示用于在此背景下重建静电势的三维分布的更合适的方法。提出了一种衍射层析的简化方法，并通过数值模拟实例进行了验证。
2019-11-28 eess.IV physics.optics
Viewing angle analysis of reconstructed image from digital Fresnel hologram with enhanced numerical aperture
全息图像的视角放大是实现全息显示的关键因素。数字全息图的数值孔径（NA）决定了像的角场范围，而不是像元规格。本文通过对采样点扩散函数调制曲线自相似性的内在结构的数学研究，特别是基于量子力学框架的分析，为研究视角对全息数值孔径的依赖性提供了有效的依据。增强NA菲涅耳全息图产生高分辨率的多幅图像，这可以导致以全息图的总孔径NA表示的更高的视角。光学实验表明，该结果与全息图像视角的量子力学描述是一致的。最后讨论了利用该方案在不牺牲像面尺寸的情况下扩大全息像视角的方法。
2021-03-25 eess.IV physics.optics
Real-time digital holographic microscopy observable in multi-view and multi-resolution
我们提出了一种实时数字全息显微术，它可以同时再现多个图像，具有任意的分辨率，深度和位置，使用移位菲涅耳衍射代替菲涅耳衍射。在这个系统中，我们使用四个图形处理单元（GPU）的多个实时重建。我们展示了四个重建图像的演示从全息图与任意的深度，位置和分辨率。
2010-01-26 physics.bio-ph physics.comp-ph physics.optics
Re-sampling of inline holographic images for improved reconstruction resolution
基于伽柏同轴全息术的数字全息显微术是一种既能再现微小物体的振幅又能再现其相位的方法。为了从单色标量波照明下获得的全息图中重建物体的图像，需要数值计算菲涅耳积分。为了提高所得到的重建的空间分辨率，我们在应用重建算法之前重新采样全息数据。该过程相当于反转内插的菲涅耳衍射图像以恢复物体。这种方法的优点是证明了实验数据，为可见光的Gabor全息的分辨率网格和蚊子翅膀的情况下。
2009-11-03 physics.comp-ph physics.optics
Single-shot Fresnel incoherent digital holography based on geometric phase lens
单次激发和非相干成像是数字全息技术拓展应用范围的两个重要特性。本文提出了一种简单、紧凑的同轴菲涅耳非相干数字全息记录系统，它具有单次拍摄和三维成像的能力。利用GP透镜特有的分波特性，采用GP透镜作为共光路干涉仪。利用偏振成像相机和空分复用技术实现了平行相移全息的单次拍摄。所提出的技术和设置的能力，实验证实了两个标准的测试图表的图像。
2018-11-16 physics.optics
Acousto-optical coherence tomography with a digital holographic detection scheme
声光相干层析成像（AOCT）是利用超声和光的随机相位跳变来实现对厚散射介质成像时的毫米分辨率。我们将这种技术与外差离轴数字全息术相结合。该方法获得了散射体中吸收物体的二维图像，具有良好的信噪比。我们研究了相位调制特性对声光信号的振幅以及对吸收夹杂的对比度和表观尺寸的影响。
2012-10-11 physics.optics
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
Quantitative phase imaging based on Fresnel diffraction from a phase plate
许多干涉相位显微术的结构复杂性和不稳定性是实现高精度相位测量的主要障碍。在这种情况下，改进更有效的配置以及提出新的方法是越来越感兴趣的主题。在这里，我们介绍了菲涅耳衍射从一个阶段的定量相位成像领域。通过采用菲涅耳衍射的发散（或会聚）光束从一个平面平行的相位板，我们提供了一个可行的，简单的和紧凑的平台，三维成像的微米尺寸的标本。从成像系统记录的出射光在板边缘附近的衍射图案可作为全息图，通过傅里叶变换方法分析该全息图以测量样品的相位信息。衍射条纹的周期可以通过简单地旋转波片来调节，而不会降低视场和条纹对比度。通过与传统的马赫-曾德尔数字全息方法的比较，肯定了该方法的高稳定性。对二氧化硅微球、洋葱皮和红细胞的定量相测量确保了该方法的有效性及其监测活细胞纳米级波动的能力，特别是实时监测。
2019-07-08 physics.optics
Gigapixel inline digital holographic microscopy using a consumer scanner
我们展示了一个千兆像素内联数字全息显微镜使用消费者扫描仪。消费型扫描仪最大可以扫描A4尺寸（297 mm x 210 mm）的图像，分辨率为4800 dpi（= 5.29 um），理论上达到56，144 x 39，698 = 2.22千兆像素。与使用安装在二维移动台上的相机的合成孔径数字全息术相比，使用消费者扫描仪的系统具有简单的结构。在这个演示中，我们捕获了一个23，602 x 18，023像素（= 0.43千兆像素）的内联全息图。另外，为了加快十亿像素全息图的再现速度，减少再现所需的存储量，我们将带限双步菲涅耳衍射应用到再现中。
2013-05-27 physics.optics
Pulsatile microvascular blood flow imaging by short-time Fourier transform analysis of ultrafast laser holographic interferometry
我们报告宽场成像的脉动微血管血流在暴露的大脑皮层的小鼠全息干涉。我们记录的激光后向散射的组织的干涉图，打击离轴参考光束与50 kHz的帧速率相机。通过菲涅耳变换和短时傅里叶变换分析，对局部多普勒对比度视频进行了数值再现。这种方法能够在256 x 256像素的浅表血管中对脉动血流对比进行瞬时成像，空间分辨率为10微米，时间分辨率为20 ms。
2015-10-07 physics.med-ph physics.optics
Holographic Vector Field Electron Tomography of Three-Dimensional Nanomagnets
纳米磁体中复杂的3D磁性纹理表现出丰富的物理特性，例如与外部场和电流的动态相互作用，并在当前的技术挑战中发挥越来越大的作用，例如节能存储设备。为了研究这些磁性纳米结构，包括它们对几何形状、组成和结晶度的依赖性，具有纳米空间分辨率的磁场的3D表征是必不可少的。在这里，我们展示了如何全息矢量场电子层析成像可以重建所有三个组成部分的磁感应强度以及静电势的Co/Cu纳米线与亚10\，nm的空间分辨率。我们解决的工作流程，从采集，通过图像对齐全息和断层重建。结合所获得的断层扫描数据与微磁的考虑，我们得到当地的关键磁特性，如磁化电流或交换刚度，并演示如何磁化配置，如涡旋状态的Co盘，取决于小的结构变化的生长纳米线。
2019-10-08 cond-mat.mes-hall physics.data-an physics.ins-det
Tomography of Spatial Mode Detectors
光子在高阶空间模式中的转换和检测通常需要复杂的全息技术。基于空间全息图的探测器存在非理想性，应仔细校准。我们报告了一种新的方法来分析质量的投影测量的空间模式的基础上启发量子探测器层析成像。它允许我们只使用高斯光束来校准探测器的响应。我们实验研究固有的不准确性现有的方法模式转换，并提供了一个完整的统计重建的POVM（正算子值测量）全息空间模式探测器的元素。
2014-10-25 physics.optics quant-ph
HoToPy: A toolbox for X-ray holo-tomography in Python
该研究提出了一个用于X射线全息成像和断层成像的Python工具箱HoToPy，包含多种相位恢复算法、正则化选项和辅助功能，通过催化纳米颗粒成像示例验证了其能力，支持算法开发及其他同步加速器或XFEL仪器的重建管道集成。
2025-10-06 eess.IV physics.optics
Spatial resolution enhancement in holographic imaging via angular spectrum expansion
本文针对数字全息成像中近距离菲涅耳衍射导致的混叠复制图样问题，揭示了复制图样与高角谱分量的对应关系，提出利用角谱展开和优化算法，仅需低NA宽视场全息图即可恢复高分辨率图像，并通过数值模拟与光学实验验证了该方法。
2024-01-11 physics.optics
Retinal blood flow imaging with combined full-field swept-source optical coherence tomography and laser Doppler holography
全视场扫频光源光学相干层析成像（FF-SS-OCT）和激光多普勒全息（LDH）是两种在眼科领域具有独特功能的全息成像技术。我们报告交错FF-SS-OCT和LDH成像与一个单一的仪器。有效地，视网膜血流和脉动可以准同时监测。该仪器具有广泛的眼科应用潜力。
2022-02-28 physics.med-ph physics.optics
Scatting theory for reflective Fourier ptychographic diffraction tomography
一个前向模型的反射傅里叶重叠关联显微镜的应用中出现的逆散射问题。该模型允许我们使用傅立叶重叠关联层析成像确定弱散射半透明物体的折射率的3D分布。推导结果表明，这两个传输类型先前报告和反射类型目前在这篇文章中是对应的一个具体应用，在沃尔夫的工作（埃米尔沃尔夫，光学通讯。1969年第1（4）页。153-156）。透射型测量前向散射场，而反射型测量后向散射场。该模型也适用于全息法
2020-08-24 physics.optics
Off-axis digital hologram reconstruction: some practical considerations
讨论了离轴强度数字全息图的全息再现。一些主要的数值处理方法的审查，无论是基于傅立叶变换解释的传播积分或其线性系统对应的报告。本文介绍了几种常用的离轴全息图数字化处理方法，如可调放大率再现法和菲涅耳分解法。实验参数对经典的全息图再现方法的影响进行了评估，提供有关全息图记录条件的最佳图像渲染的指导方针。
2011-11-17 physics.optics
Digital confocal imaging in holographic optical coherence tomography at high space-bandwidth product
Vrije Universiteit Amsterdam（阿姆斯特丹自由大学）；Bielefeld University（比勒费尔德大学）
提出一种马赫-曾德尔配置的倾斜照明全场傅里叶域OCT系统，通过超定系统闭式解实现数字共聚焦重建，提升空间带宽积利用和分辨率，结合两类OCT优势。
2026-10-06 physics.app-ph physics.med-ph physics.optics
3D-printable portable open-source platform for low-cost lens-less holographic cellular imaging
数字全息显微镜是一种新兴的潜在的低成本替代传统的光学显微镜的微物体成像在地球上，水下和空间。然而，立即访问微米级物体需要一个平衡良好的系统设计和复杂的重建算法，这是商业上可获得的，但不能以成本效益的方式访问。在这里，我们提出了一个开源的实现无镜头数字内联全息显微镜平台，基于现成的光学，电子和机械组件，成本不到190美元。它采用了一个蓝光半导体激光拾取器或发光二极管，一个针孔，一个由3个部分组成的3D打印外壳，以及一个单板便携式计算机和相机，并采用了开源的Fresnel-Kirchhoff例程。实验结果表明，激光头的空间分辨率为1.55 μ m，发光二极管光源的空间分辨率为3.91 μ m。外壳和机械部件都是3D打印的。打印机和重建软件源代码都是开放的。这种轻型显微镜可以对直径为6.5 μ m的无标记微球、直径约为8 μ m的人类红细胞以及50 μ m大小的快速生长植物烟草-BY-2悬浮细胞进行成像。通过涉及标准化测试目标的成像对比度量化来验证成像能力。所展示的3D可打印便携式开源平台代表了一种完全开放的设计，低成本的模块化和多功能的成像解决方案，可用于世界上高资源和低资源地区。
2019-04-09 physics.optics
A new non-iterative self-referencing interferometer in optical phase imaging and holographic microscopy, HOLOCAM
相位恢复和成像相位测量是激烈的研究领域。它最近已被证明，相位检索自参考干涉图（SRI）可以重新制定导致一个稳定的，线性方程提供的字段的振幅是已知的，从先前的测量步骤（HOLOCAM）。因此，其数值解是直接的。这是一个巨大的成就，因为如果不这样做，并不总是能保证趋同。应用预计在X射线显微镜，一般的相位恢复，全息术，层析成像和光学成像。
2016-11-17 physics.ins-det physics.optics
Amplitude/Phase Retrieval for Terahertz Holography with Supervised and Unsupervised Physics-Informed Deep Learning
最近，数字全息成像技术（包括外差检测方法）在太赫兹（THz）频率范围内受到越来越多的关注。然而，全息技术依赖于参考光束的使用，以便获得相位信息。这封信研究了无参考THz全息成像的潜力，并提出了用于幅度和相位恢复的新型监督和无监督深度学习（DL）方法。该计算将菲涅耳衍射作为先验知识。我们首先证明了我们的无监督对偶网络可以同时预测幅度和相位，从而克服了以前只能预测相位对象的局限性。这是证明与合成的2D图像数据，以及与测量的2D太赫兹衍射图像。无监督深度学习的优点是，它可以直接使用，而不需要人类专家的标记。然后，我们解决监督DL -一个普遍适用的概念。我们引入了一个数据库集的2D图像在可见光谱范围内，并修改了我们的数值模拟太赫兹图像的训练。通过这种方法，我们避免了大量的太赫兹频率图像的收集过于耗时。这两种方法获得的结果代表了快速全息太赫兹成像与参考光束免费低成本的功率检测的第一步。
2022-12-13 physics.optics
Second-harmonic optical diffraction tomography
本研究提出基于二次谐波产生的光学衍射层析成像技术，将线性ODT推广至非线性场景，通过全息测量重建三维二阶非线性极化率，经模拟与实验验证，可实现无标记成像并获取独特结构特性。
2024-05-18 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
Bond-Selective Intensity Diffraction Tomography
在广泛应用的全息和计算成像技术中，恢复分子信息仍然是一个巨大的挑战。为了应对这一挑战，我们开发了一种计算中红外光热显微镜，称为键选择性强度衍射断层扫描（BS-IDT）。基于一个低成本的明场显微镜与一个附加的脉冲光源，BS-IDT恢复红外光谱和键选择性的3D折射率地图从强度只测量。验证了高保真红外指纹图谱的提取。生物细胞的体积化学成像以每体积约20秒的速度展示，横向和轴向分辨率分别为约350 nm和约1.1微米。通过化学定量储存在癌细胞中的脂质和具有大视野（~100微米X 100微米）的秀丽隐杆线虫的体积化学成像来研究BS-IDT的应用潜力。
2022-09-01 physics.bio-ph 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
All-optical in vivo photoacoustic tomography by adaptive multilayer temporal backpropagation
针对现有全光PAT系统在体成像灵敏度不足或复杂耗时的问题，提出结合全场全息显微与自适应多层时间反向传播的全光PAT系统，实现了活体组织快速高分辨率体积成像，成像深度、分辨率等性能经小鼠血管在体实验验证。
2024-10-10 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
Optical Diffraction Tomography based on 3D Physics-Inspired Neural Network (PINN)
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
光学衍射层析成像（ODT）是一种新兴的三维成像技术，用于半透明样品折射率（RI）的三维重建。已经提出了各种逆模型来基于不同样品的全息检测来重建3D RI，诸如Born近似和Rytov近似。然而，这样的近似通常遭受所谓的缺失锥问题，其导致最终重建沿着光轴的伸长。已经提出了不同的迭代方案来解决丢失锥问题，依赖于物理正演模型和误差函数，该误差函数旨在填充k空间，从而消除丢失锥问题并达到更好的重建精度。在本文中，我们提出了一种不同的方法，其中采用3D神经网络（NN）。神经网络是用从基于光波传播物理学的物理模型导出的成本函数训练的。3D NN从3D RI重建的初始猜测（即Born或Rytov）开始，旨在基于误差函数重建更好的3D重建。使用这种技术，可以在没有不适定重建（Born或Rytov）和地面真实（真实形状）之间关系的任何示例的情况下训练NN。
2022-06-10 cs.CV physics.optics
Image-guided Computational Holographic Wavefront Shaping
提出一种无需导星的无创图像引导计算全息波前整形方法，利用自动微分优化虚拟SLM，仅用100次全息测量校正超30万散射模式，在多成像模态中展现卓越通用性。
2023-05-20 physics.app-ph physics.med-ph physics.optics
Characterizing the Immaterial. Noninvasive Imaging and Analysis of Stephen Benton's Hologram Engine no. 9
发明于1962年的全息照相术是艺术与技术的独特融合。在20世纪90年代，当数字成像出现并取代胶片时，它一直处于科学前沿。今天，全息图正在经历新的兴趣作为模拟全息图进入主要博物馆收藏的真正的艺术作品。在这篇文章中，我们阐述了我们的初步步骤在西北大学的艺术科学研究中心描述的技术挑战的保护全息图，强调其性质作为一种活性材料。全息图像需要用户交互才能被观看，并且材料是脆弱的并且容易变质。具体来说，我们概述了我们的方法，通过记录传播光的波前来创建全息艺术品的数字保存副本。通过这样做，我们证明了为什么在没有TB数据的情况下忠实地捕捉它们的高空间分辨率，全视差和深景深仍然具有挑战性。此外，我们使用非侵入性的分析技术，如光谱成像，X射线荧光和光学相干断层扫描，提供全息材料特性的见解。通过这些研究，我们希望解决目前对全息图长期保存的担忧，同时将这种艺术形式转化为数字格式以吸引新的观众。
2021-10-12 cs.CY physics.hist-ph physics.optics
Phase space framework enables a variable-scale diffraction model for coherent imaging and display
针对传统傅里叶衍射方法图像平面尺度固定的问题，本文基于高维相空间提出可变尺度衍射计算框架，支持快速算法、像差自动校正，并在三维重建和全彩超表面全息中验证了高保真与近零串扰性能。
2024-06-07 physics.app-ph physics.optics
Demystifying speckle field quantitative phase microscopy
定量相位显微术（QPM）在生物医学成像领域有着重要的应用。利用诸如白光和激光的传统光源在QPM中实现干涉的理论已经非常成熟。近年来，动态散斑照明（DSI）由于具有高空间相位灵敏度、Single Shot、可扩展视场（FOV）和分辨率等传统光源无法比拟的优点，在QPM中的应用受到了广泛关注。然而，在获得干涉条纹的QPM与DSI背后的理解还没有令人信服地涵盖以前。这对使用DSI在QPM中获得干涉条纹施加了约束，并限制了其在生物医学成像领域的广泛渗透。本文通过模拟和实验提供了对DSI的基本理解，这对于建立干涉光学显微系统，如QPM，数字全息显微镜和光学相干层析成像系统至关重要。使用DSI的理论，我们证明了它的能力，使用不相同的物镜在两个武器的干涉显微镜，而不降低干涉条纹对比度，并提供灵活性，使用用户定义的显微镜物镜。它还表明，干涉条纹不会被洗出在一个大范围的光程差（OPD）之间的对象和参考臂提供竞争优势，在低时间相干光源。这里开发的理论和解释将使更广泛的渗透DSI为基础的QPM在生物学和材料科学中的应用。
2021-07-22 physics.bio-ph physics.optics
