Development of novel one-shot full-field surface profilometer using chromatic confocal microscopy
提出了一种基于衍射的彩色共焦显微术和面扫描光谱传感的全视场表面轮廓测量系统。采用归一化互相关算法建立了能谱-深度响应曲线。单个表面深度的测量重复性可控制在120纳米以内。
2019-04-11 physics.app-ph physics.optics
Twin-Photon Confocal Microscopy
最近引入的具有相关检测的双通道共焦显微镜承诺通过使用光子相关性在横向空间分辨率上提高高达50%[Simon，Sergienko，Optics Express { \bf 18}，9765（2010）]。在这里，我们以不同的方式实现类似的结果，引入三重共焦相关显微镜，利用光学参量放大器中存在的相关性。它是基于紧聚焦泵辐射到一个薄的样品定位在前面的非线性晶体，其次是符合检测信号和空闲光子，每个聚焦到一个针孔。这种方法提供了进一步的分辨率增强共聚焦显微镜。
2010-09-01 physics.optics quant-ph
Learning to Reconstruct Confocal Microscopy Stacks from Single Light Field Images
University of Bern（伯尔尼大学）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
我们提出了一种新的深度学习方法来从单个光场图像重建共焦显微镜堆栈。为了执行重建，我们引入了LFMNet，这是一种受U-Net设计启发的新型神经网络架构。它能够在50 ms内以高精度重建112 x 112 x 57.6 $μm^3$体积（1287 x 1287 x 64体素），给出1287 x 1287像素的单个光场图像，从而在相同的体积分辨率下将共焦扫描测定的时间显著减少720倍，并将所需存储量减少64倍。为了证明在生命科学中的适用性，我们的方法进行了定量和定性评价与荧光标记血管的小鼠脑切片。由于扫描时间和存储空间的大幅减少，我们的设置和方法直接适用于实时体内3D显微镜。我们提供的光学设计，网络架构和我们的训练过程的分析，以最佳地重建体积为一个给定的目标深度范围。为了训练我们的网络，我们建立了一个362个小鼠脑血管光场图像的数据集和相应的3D共聚焦扫描的对齐集，我们将其用作地面实况。这套数据将用于研究目的。
2020-03-24 cs.CV eess.IV physics.optics
Scan-less confocal phase microscopy based on dual comb spectroscopy of two-dimensional-image-encoding optical frequency comb
共焦成像和相位成像是生命科学研究和工业检测的有力工具。为了将这两种具有不同深度分辨率的技术相关联，我们将光学频率梳（OFC）引入到显微镜中。样品的二维（2D）图像像素通过2D光谱编码被编码到OFC模式，其中OFC充当具有大量离散频率通道的光学载体。然后，从双梳光谱获得的模式分辨OFC振幅谱中解码出深度分辨率为62.4 μ m的无扫描全场共焦图像。此外，在上述共焦度下，从模式分辨的OFC相位谱解码出深度分辨率为13.7 nm的相位图像。通过共焦深度分辨率与相位包络周期的匹配可以消除相位包络模糊。建议的混合显微镜的方法将是一个强大的工具，用于各种应用。
2017-05-20 physics.optics
Simultaneous plane illumination and detection in confocal microscopy using a mode-selective photonic lantern
Polytechnique Montréal（蒙特利尔理工学院）；Castor Optics（卡斯托光学）；Peregrine Photon（游隼光子）；Université de Montréal, Institute of Biomedical Engineering（蒙特利尔大学生物医学工程学院）
本文提出利用模式选择性光子天线实现共聚焦显微镜的同时平面照明与检测，通过多模式空间分割复用实现多平面高通量成像，同时牺牲部分分辨率和视野。
2026-04-02 physics.optics
Confocal supercritical angle fluorescence microscopy for cell membrane imaging
我们展示了亚波长切片生物样品与传统的共聚焦显微镜。这种光学切片通过超临界角荧光现象实现，其中只有靠近折射率不连续界面的荧光团可以将辐射的传播分量发射到所谓的禁止角中。这种技术的简单性允许它集成到一个高数值孔径共焦扫描显微镜上的检测通道，只有一个简单的修改。共焦SAF显微镜将是实现高分辨率表面成像，特别是生物样品膜成像的有力工具
2013-12-21 physics.optics
Confocal microscopy through a multimode fiber using optical correlation
我们报告了一种利用光学相关通过多模光纤获得共焦成像的方法。首先，我们在校准步骤中测量光纤的传输矩阵。这使我们能够通过对从光纤另一端发送到光纤中的波前进行整形，在光纤的一端创建聚焦点。这些光点在样品上扫描，并且通过光纤从样品返回的光与输入图案光学相关。我们表明，这实现了空间选择性的检测。该技术在微珠、干燥的上皮细胞和盖玻片上进行了演示。
2015-12-10 physics.optics
Methods to calibrate and scale axial distances in confocal microscopy as a function of refractive index
三维共焦显微镜中精确的距离测量对于定量分析、体可视化和图像恢复具有重要意义。然而，轴向距离可能被点扩散函数和样品与浸没液体之间的折射率失配所扭曲，这是难以分离的。此外，在共焦显微镜的轴向距离的精确校准仍然很麻烦，虽然存在几个高端的方法。在本文中，我们提出了两种方法来校准轴向距离的三维共焦显微镜，既准确，易于实现。用这些方法，我们测量了轴向缩放因子作为高孔径共焦显微镜成像的折射率失配的函数。我们发现，我们的比例因子几乎完全线性依赖于折射率，并且它们与考虑光的全部矢量特性的理论预测非常一致。然而，与使用（高角度）几何光学的理论预测有很大的偏差，该理论预测的比例因子要低得多。作为说明，我们测量了点扫描共聚焦显微镜的点扩散函数，并表明折射率匹配的微米尺寸的球形物体由于该PSF而仍然显著伸长，这证实了单个微米尺寸的球体并不适合于确定精确的轴向校准或轴向缩放。
2014-04-15 cond-mat.soft physics.optics
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
Video-rate large-scale imaging with Multi-Z confocal microscopy
大尺度上的快速体积成像一直是生物显微镜的长期目标。荧光共聚焦显微镜等扫描技术可以以高分辨率和高速度采集2D图像，但将采集扩展到不同深度的多个平面需要轴向扫描机制，这会大大降低采集速度。为了解决这一挑战，我们报告了共聚焦显微镜的增强变体，其中的关键创新包括使用一系列轴向分布在检测平面中的反射针孔，每个针孔探测样品内的不同深度。由于不涉及轴向扫描机制，我们的技术提供了同时多平面成像的视野大于一毫米的视频速率。我们证明了我们的技术的一般适用性，秀丽隐杆线虫和小鼠大脑在体内的神经元成像。
2018-11-16 physics.bio-ph physics.optics
A versatile dual spot laser scanning confocal microscopy system for advanced fluorescence correlation spectroscopy analysis in living cell
提出了一种基于两个独立测量体积的荧光相关光谱系统。详细介绍了光学设置和数据采集硬件，以及控制测量体积的位置，大小和形状的完整协议。提出了一种允许独立地监测激发和收集效率分布的方法。最后，利用静态和/或扫描方案中的两个点的测量的几个例子，报告。
2009-07-29 physics.optics
Self-supervised learning for multiplexing super-resolution confocal microscopy
本文提出一种自监督学习方法，将单色衍射受限共聚焦图像转换为多色超分辨输出，无需配对训练数据或硬件改造，并验证了其在固定和活细胞双色及三色成像中的有效性。
2025-08-18 physics.optics
Digital confocal microscopy through a multimode fiber
获取生物组织内部的高对比度光学图像仍然是一个具有挑战性的问题。共焦显微镜是生物医学成像的重要工具，因为它通过拒绝背景信号来提高图像质量。然而，由于光散射，它在深层组织中的灵敏度低。最近，多模光纤通过控制光在其中的传播，为微创内窥镜成像提供了一种新的范例。在这里，我们介绍了一种组合成像技术，共焦图像通过多模光纤采集。我们实现这一点，通过数字工程的激发波前，然后应用虚拟数字针孔上收集的信号。通过这种方式，我们能够通过光纤获得对比度显著提高的图像。在数值孔径为0.22的光纤中，我们获得了1.5 μ m的横向分辨率和12.7 μ m的轴向分辨率。点扫描速率目前受到我们的空间光调制器（20Hz）的限制。
2015-09-15 physics.optics
An entropy-controlled objective chip for reflective confocal microscopy with subdiffraction-limit resolution
具有优化但无序结构的平面透镜可以聚焦超过衍射极限的光。然而，这些无序结构不可避免地破坏了宽场成像能力，限制了它们在显微镜中的应用。这里我们引入信息熵S，利用目标芯片结构偏离标准菲涅耳波带片的概率来评价目标芯片的无序度。受熵变理论的启发，我们预测平衡点S 0 =0.5，以平衡宽视场成像（理论上由Strehl比评估）和亚衍射极限聚焦。为了验证这一点，NA=0.9的物镜芯片与记录长焦距为1毫米的设计与S=0.535，这是最接近的平衡点之间的所有报告的平面透镜。实验结果表明，该芯片可以聚焦亚衍射极限尺寸为0.44λ的光，并能对空间频率高达4000 lp/mm的光进行精细成像。这些前所未有的性能使超紧凑反射共焦显微镜的超分辨率成像。
2023-03-21 physics.optics
Characterization of resonator using confocal laser scanning microscopy and its application in air density sensing
本文采用共聚焦激光扫描显微镜表征氮化硅跑道形波导谐振器，测得高有载Q因子，并利用气压导致的谐振波长偏移实现空气密度传感。
2024-09-07 physics.atm-clus physics.ins-det physics.optics
Spatial heterodyne scanning laser confocal holographic microscopy
提出了一种空间外差探测的扫描激光共焦全息显微术。空间外差探测技术采用马赫-曾德尔干涉仪，参考光的频率相对于物光的频率通过两个声光调制器（AOM）移动。与传统的每个扫描点采集数百个时间样本以获得复杂信号的时间外差检测技术不同，空间外差检测技术利用典型线扫描共聚焦显微镜或点扫描共聚焦显微镜一维慢扫描中振镜扫描提供的线性时空关系产生空间干涉条纹，从而与传统的时间外差对应物相比，在相同照明下显著降低了采样速率并增加了信噪比。建议的空间外差检测方案适用于线扫描和点扫描共焦显微镜。在本文中，我们提出了空间外差检测方法的数学原理和实验方案的线扫描和点扫描共焦显微镜。计算机实验证明了这一思想的有效性。提出的空间外差扫描激光共焦全息显微镜（SH-SLCHM）在传统扫描激光共焦显微镜（SLCM）的基础上，在不增加光学和电子设计复杂度的前提下，可以同时获得物场的振幅和定量相位信息。SH-SLCHM可以在光学计量、体内组织成像和眼科成像中找到应用。
2016-10-11 physics.ins-det physics.optics
Super-resolved FRET imaging by confocal fluorescence-lifetime single-molecule localization microscopy
基于FRET的方法是用于感测（生物）分子的直接环境和相互作用的独特工具。FRET成像和FLIM（荧光寿命成像显微镜）使分子相互作用和功能状态的空间分布可视化。然而，传统的FLIM和FRET成像提供了衍射限制体积内的分子系综的平均信息，这限制了所观察到的信号的空间信息、准确性和动态范围。在这里，我们展示了一种方法，以获得超分辨FRET成像的基础上，使用商业时间分辨共聚焦显微镜的早期原型的单分子定位显微镜。使用荧光探针的DNA点累积用于纳米尺度形貌成像（DNA-PAINT）提供了与通常的共聚焦显微镜的扫描速度兼容的背景减少和闪烁动力学的合适组合。一个单一的激光被用来激发供体，一个宽的检测带被用来检索供体和受体的发射，和FRET事件检测寿命信息。
2022-11-28 physics.bio-ph physics.optics
Accessible quantitative phase imaging in confocal microscopy with sinusoidal-phase synthetic optical holography
我们提出了一个技术上简单的实现定量相位成像的共焦显微镜的基础上合成光学全息与正弦相位参考波。使用Mirau干涉物镜和低振幅垂直样品振动与压电控制的阶段，我们记录合成全息图的商业共焦显微镜（尼康，型号：A1 R;蔡司：型号：LSM-880），从定量相位图像重建。我们通过宫颈癌（HeLa）和卵巢癌（ES-2）细胞和干细胞（mHAT 9a）样本的免染色成像来展示我们的技术。我们的技术有可能通过提供无标记的细胞发现，监测细胞形态，以及基于定量相差的活细胞的非扰动长时间观察来扩展共聚焦显微镜中的荧光成像应用。
2019-04-01 physics.bio-ph physics.optics
Structured illumination microscopy with extended axial resolution through mirrored illumination
宽视场荧光显微镜，虽然比共聚焦显微镜快得多，但缺乏光学切片和轴向分辨率差。3D结构照明显微镜（SIM）已被证明提供光学切片，并增加一倍的横向和轴向可实现的分辨率，但即使这样的轴向分辨率仍然是比未修改的宽场检测的横向分辨率差。使用两个高数值孔径物镜的干涉测量方案，如4Pi共焦和I5 S显微镜，已经提高了轴向分辨率，超过了横向分辨率，但代价是光学设置要复杂得多。在这里，我们研究了一种更简单的双物镜方案，我们建议可以轻松地将其添加到现有的3D-SIM显微镜中，使用传统荧光团提供超过125 nm的横向和轴向分辨率。
2018-10-10 physics.optics
Confocal Raman Microscopy with Adaptive Optics
本研究首次将自适应光学引入共焦拉曼显微镜，采用光流控透射式空间光调制器的无波前传感器方案抵消像差，可无缝适配商用显微镜无需硬件改造，实验实现最高3.5倍信号增强，为生物无标记分子研究提供了基础。
2024-09-13 physics.app-ph physics.optics
Innovative full-field chromatic confocal microscopy using multispectral sensors
建立了一种基于多光谱传感器的全视场彩色共焦显微镜，用于准一次显微三维表面测量。一种创新的光学配置采用数字微镜器件（DMD）和多光谱传感器，用于实现全视场区域扫描的彩色共焦显微镜。在光学设计中，为了满足测量要求，专门设计了面扫描型色散物镜。基于8倍色散物镜，一次测量的视场可达到1.8mm*1.3mm，沉浸于显微轮廓术。由多光谱传感器在每个针孔位置处捕获的光谱图像具有对应于其共轭测量深度的唯一光谱图案。提出了一种归一化互相关（NCC）算法，建立光谱-深度响应曲线及其对应的光谱模式集，用于精确重建被测表面三维轮廓。通过对标准靶的实际测试，对单个表面深度的测量重复性小于0.6微米。
2019-04-11 physics.app-ph physics.optics
The physical origins of extreme cross-polarization extinction in confocal microscopy
共聚焦显微镜是固体物理学和纳米光子学中生物系统的重要成像工具。使用共焦显微镜允许进行共振荧光实验，其中发射的光具有与激发激光相同的波长。这些具有挑战性的实验是在线性交叉偏振条件下进行的，拒绝来自探测器的激光。在这项工作中，我们发现的物理机制，是在起源尚未解释的高偏振抑制比，使这些测量成为可能。我们在实验和理论上都表明，在起偏器和检偏器之间放置一个反射面（即分束器和反射镜），并结合共焦装置，可以解释10^8及以上的巨大交叉偏振消光比。我们映射了偏振高斯光束的模式变换。我们发现在交叉偏振条件下的反射光束的强度“孔”。我们将其解释为Imbert-Fedorov效应的表现，该效应使光束根据其偏振螺旋度而偏离。这意味着这种拓扑效应在这里被放大，从通常观察到的纳米到微米尺度，由于我们的交叉偏振暗场方法。我们针对各种市售镜子和偏振元件证实了这些实验结果，从而使其能够在许多实验中实际实施。
2020-07-08 physics.optics
Confocal Subsurface Backscattering Microscopy for Optical Identification of Nanoscale Threading Dislocations in SiC Substrates
Chung Yuan Christian University（中原大学）；National Central University（中央大学）；WAFER WORKS（晶圆工厂）
针对SiC晶圆中高密度穿透位错难以被商业检测系统识别的问题，本文开发了共焦亚表面背向散射显微镜，利用共焦滤波暗场配置和应变诱导光弹机制，实现了高对比度、高分辨率的位错成像，并能区分位错类型。
2026-06-03 physics.optics
Artificial confocal microscopy for deep label-free imaging
本文提出人工共聚焦显微术（ACM），通过定量相位成像与卷积神经网络将无标记相位图像转换为荧光图像，实现未标记样本的共聚焦级深度层切，并用于神经元、肝癌球体成像及细胞核分割与干质量测量。
2021-10-28 physics.bio-ph 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
Hair-thin confocal fluorescence endo-microscopy for deep-brain in-vivo imaging
利用超细光纤内窥镜实现类似共聚焦的荧光成像，提升活体大脑深部结构和钙信号的成像性能。
2025-12-22 physics.optics q-bio.NC
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
High-resolution label-free imaging of tissue morphology with confocal phase microscopy
无标记成像方法试图简化和增强组织病理学评估，取代目前的染料染色的做法，以可视化组织形态与定量光学测量。定量相位成像（QPI）使用可见光/UV光操作，因此提供与当前实践相匹配的分辨率。在这里，我们介绍和展示共焦QPI的组织切片的无标记成像，并评估其效用手动组织病理学检查。成像癌和正常相邻的人类乳腺和前列腺，我们表明，组织结构组织可以解决与传统的H&E染色的高空间细节。我们的共焦QPI图像被发现是免费的光晕，解决了这个常见的问题QPI。我们进一步描述和应用基于时域有限差分法（FDTD）计算的虚拟成像系统，定量比较共焦与宽场QPI方法，并使用数值组织模型探索性能限制。
2020-03-06 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Probing intracellular mass density fluctuation through confocal microscopy: application in cancer diagnostics as a case study
细胞内结构改变是几种疾病状况和治疗方式的标志。然而，量化这些变化的可靠方法很少。鉴于此，我们介绍了一种新的方法来量化生物细胞的结构变化，通过广泛使用的共聚焦显微镜。这种新方法采用细胞的光学本征函数定位特性，并在一个单一参数中，根据纳米至微米尺度的细胞内质量密度波动来量化结构改变的程度。这种方法允许一个强大的方式来比较变化的结构在异质细胞介质中，无论起源的原因。作为一个案例研究，我们证明了它在癌症检测与乳腺癌和前列腺癌的情况下，不同的致瘤性水平的适用性。该技术为基于共聚焦的研究增加了新的维度，在从疾病诊断到治疗研究（例如患者预后和评估生存潜力）等领域具有潜在的重要应用。
2015-12-29 physics.bio-ph physics.optics q-bio.CB
Deep-3D Microscope: 3D volumetric microscopy of thick scattering samples using a wide-field microscope and machine learning
共聚焦显微镜是获得具有高轴向和横向分辨率的样品体积图像的标准方法，特别是在处理散射样品时。不幸的是，与传统显微镜相比，共焦显微镜相当昂贵。此外，共焦系统中的点扫描由于激光能量的高剂量而导致成像速度慢和光漂白。在本文中，我们展示了如何利用机器学习的进步来“教”传统的宽视场显微镜，每个实验室都可以使用的显微镜，以产生像共焦一样的3D体积图像。其关键思想是使用宽视场显微镜获得具有不同焦点设置的多个图像，并使用基于3D生成对抗网络（GAN）的神经网络来学习使用宽视场获得的模糊低对比度图像堆栈与使用共焦获得的清晰高对比度图像之间的映射。在用宽场共焦图像对训练网络之后，该网络可以可靠且准确地重建3D体积图像，其在横向分辨率、z切片和图像对比度方面与共焦相媲美。我们的实验结果表明，泛化能力，以处理看不见的数据，稳定的重建结果，高空间分辨率，即使成像厚（$\sim40$微米）高度散射的样品。我们相信，这种基于学习的显微镜有可能为每个拥有宽视场显微镜的实验室带来共焦质量成像。
2021-10-14 physics.bio-ph physics.optics
A method for assessing the spatiotemporal resolution of Structured Illumination Microscopy (SIM)
提出了一种用于评估结构照明显微镜（SIM）的时间分辨率的方法，通过跟踪不同空间频率分量随时间的振幅，并将它们与时间振荡的地面实况进行比较。这种方法用于深入了解SIM的性能限制，以及声称可以提高时间分辨率的替代重建技术（称为“滚动SIM”）。结果表明，SIM的时间分辨率在低空间频率和高空间频率之间变化很大，并且，尽管被用于几个高知名度的论文和商业显微镜软件，滚动SIM提供的时间分辨率没有增加传统SIM。
2020-08-03 eess.IV physics.optics
Single-shot structured illumination microscopy
结构照明显微镜（SIM）可以将分辨率提高一倍，超过光衍射极限，但它的代价是多次相机曝光和多次傅里叶变换的沉重计算负担。在本文中，我们报告了一种新的技术，称为单发SIM，以克服这些限制。提出了一种多任务联合深度学习策略。生成反转网络（GAN）被用来生成五个结构照明图像的基础上的单次拍摄的结构照明图像。利用U-Net对生成的六幅图像进行超分辨率重建，无需进行耗时的傅里叶变换。通过对自组装DNB阵列的成像，实验验证了该技术可以进行单次超分辨率重建，与传统的SIM相比。这种单次SIM技术可能最终克服多次曝光和傅里叶变换的限制，并有可能应用于高通量基因测序。
2021-07-13 eess.IV physics.optics
Versatile high-speed confocal microscopy using a single laser beam
提出了一种新型的柔性高速激光扫描共聚焦显微镜及其通过像散粒子跟踪装置（APTV）的扩展。许多标准的共焦显微镜使用单个激光束以相对低的总帧速率扫描样品，或者使用多个激光束同时扫描样品并实现高的总帧速率。单光束共焦显微镜通常采用点探测器获取图像。为了实现高的整体帧速率，我们在标准2D探头扫描单元旁边使用第二个2D扫描单元，将图像直接投影到2D CCD传感器上（重新扫描配置）。仅使用单个激光束消除了串扰，并导致成像质量与帧速率无关，横向分辨率为0.235 \unit{μm}。这里描述的设计适合于高帧速率，即，帧速率远高于视频速率（全帧），高达32kHz的线速率。激光聚焦在样品中任何点上的停留时间（122 ns）明显短于标准共焦显微镜（毫秒或微秒级）。这种短的停留时间减少了荧光分子的光毒性和漂白。新的设计提供了更大的灵活性，便于与其他光学方法耦合。该装置可以很容易地通过APTV设备扩展以测量三维动态，同时能够显示高分辨率的共焦结构。因此，可以使用与APTV数据集同步的高分辨率共焦信息。
2019-12-13 cond-mat.soft physics.optics
Non-line-of-sight imaging with arbitrary illumination and detection pattern
针对现有非视域成像需密集测量且受限于继面模式的问题，提出贝叶斯框架与CC-SOCR算法，支持任意照明探测模式，稀疏测量即可高质量重建反射率与法线，提升适用性。
2022-11-01 eess.IV physics.optics
Laser scanning reflection-matrix microscopy for label-free in vivo imaging of a mouse brain through an intact skull
我们提出了一种激光扫描反射矩阵显微镜相结合的激光焦点的扫描和宽场映射的电场的后向散射波消除高阶像差，即使在存在强烈的多次光散射噪声。与传统的共焦激光扫描显微镜，我们记录的振幅和相位图的反射波从样品不仅在共焦针孔，但也在其他非共焦点。这些额外的测量导致我们构建一个时间分辨的反射矩阵，与样品诱导的照明和检测路径的像差分别识别和校正。我们实现了在体反射成像的有髓轴突通过一个完整的头骨的活小鼠的空间分辨率接近理想的衍射极限。此外，我们证明了近衍射限制的多光子成像通过一个完整的头骨，通过物理校正从反射矩阵确定的像差。所提出的方法有望扩大应用范围，其中生物组织内部的详细微观信息的知识是至关重要的。
2019-10-08 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Transient vibration imaging with time-resolved synthetic holographic confocal microscopy
介绍了一种基于合成光学全息的共焦显微动态相位成像新方法。通过将检测器信号时间解复用成一系列全息图，我们在由光电检测器和数字化仪确定的带宽下直接在时域中记录时间分辨的相位图像。我们证明了我们的方法，在原子力显微镜悬臂梁与100 ns的时间分辨率的瞬态振动的光学成像，并观察与宽带机械脉冲激发后的悬臂梁表面的动态变形。在4.2分钟内获得的单个数据集的时间傅立叶变换产生所有激发的面外振动模式的频率和模式分布，具有亚皮米的垂直灵敏度和亚微米的横向分辨率。我们的方法有可能在纳米和皮秒尺度的时间分辨率的微机械系统的瞬态和光谱振动成像。
2019-04-08 physics.app-ph 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
Role of a Quarter-Wave Plate in Confocal Microscopy: Signature of Spin-Orbit Interactions
Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；eyeo BV（eyeo有限公司）；attocube systems GmbH（attocube系统有限公司）
研究揭示四分之一波片在共聚焦系统中通过自旋-轨道相互作用显著重塑高斯光束横向结构，实现极化消光比提升和高斯光强分布转为 Hermite-Gaussian 类双峰模式，提出改进的 Jones 矩阵形式解释实验结果。
2026-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Chromatic Confocal Tomography
共聚焦显微镜是世界各地细胞研究实验室的支柱，但不幸的是，成像仅限于单个平面。彩色共焦显微镜提供了同时成像多个平面的可能性，从而提供了成像速度的多方面增加，同时消除了对z轴扫描的需要。标准的彩色共焦系统具有几百微米量级的有限成像范围，这限制了它们的应用。在这项工作中，使用一个单一的硒化锌透镜，我们展示了一个彩色共焦断层扫描系统，具有18毫米的成像范围与平均横向分辨率为2.46微米和另一个系统与1.55毫米的成像范围与0.86微米的平均横向分辨率。这样做，我们已经把彩色共焦系统的成像范围从微米到厘米制度，大约两个数量级的改进。所提出的方法可以是一个强大的工具，共聚焦成像的生物样品或工业样品的表面分析。
2022-01-28 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Jointly super-resolved and optically sectioned Bayesian reconstruction method for structured illumination microscopy
结构照明显微镜（SIM）是一种在宽视场显微镜中实现超分辨率（SR）和光学切片（OS）的成像技术。它包括在不同的方向和位置用周期性图案照射样品。然后处理所得到的图像，以重建所观察到的对象与SR和/或OS。在这项工作中，我们提出了BOSSA-SIM，一种通用的SIM重建方法，适用于移动对象，如在体内视网膜成像中遇到的，使SR和OS共同在一个完全无监督的贝叶斯框架。通过对由聚焦层和散焦层组成的2层物体进行建模，我们表明BOSSA-SIM能够联合重建它们，从而获得超分辨和光学切片的聚焦层。实现的性能，定量评估模拟几个噪声水平，比较有利的国家的最先进的方法。最后，我们验证了我们的方法对开放获取的实验显微镜数据。
2019-10-17 eess.IV physics.optics
Temporal resolution enhancement in Structured Illumination Microscopy using cascaded reconstruction
针对结构光照明显微镜因多帧成像导致时间分辨率受限的问题，提出利用Fourier域内折叠频率分量重叠区域的级联重建方法，将时间分辨率提升3倍并简化光学装置。
2024-10-15 eess.IV 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
Confocal 3D reflectance imaging through multimode fibers without wavefront shaping
通过光学多模光纤（MMF）成像有可能使头发丝薄的内窥镜，减少组织和器官深处成像的侵入性。目前的方法主要需要主动波前整形和荧光标记，这限制了它们在临床前应用中的使用，并阻碍了成像速度。在这里，我们提出了一种计算方法来重建深度选通共焦图像使用光栅扫描，聚焦输入照明。我们证明了这种方法与定量相位，暗场和偏振成像的兼容性。通过MMF的计算成像为医学诊断和生物研究中的微创成像开辟了新途径。
2021-09-03 physics.optics
Laser Scanning Confocal Microscopy of Comet Material in Aerogel
本文提出利用三维激光扫描共聚焦显微术对星尘号返回的气凝胶中彗星物质进行非破坏性高分辨率成像与定量分析，并开发了三维图像配准和反卷积方法，为珍贵返回样品提供快速、非侵入的台式替代方案。
2023-08-06 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.geo-ph
Detectorless 3D terahertz imaging: achieving subwavelength resolution with reflectance confocal interferometric microscopy
本研究提出基于共焦架构、采用量子级联激光器收发一体的单像素太赫兹成像系统，结合激光反馈干涉检测大幅提升横纵分辨率，可快速采集幅相图像并实现亚波长级3D成像，为无损材料检测提供新方案。
2025-03-20 physics.optics
Hybrid-illumination multiplexed Fourier ptychographic microscopy with robust aberration correction
针对傅里叶叠层显微术采集慢、复用方案像差校正不足的问题，提出结合解析像差提取与混合照明的HMFPM方法，仅用20次测量实现4倍于相干衍射极限的分辨率，兼具鲁棒像差校正与高通量成像能力。
2025-09-06 eess.IV physics.optics
Phase gradient microscopy in thick tissue with oblique back-illumination
相位对比技术，如微分干涉对比（DIC）显微镜，被广泛用于提供未染色的生物样品的形态学图像。这些技术所需的透射照明几何形状限制了它们对薄样品的应用。我们介绍斜背照明显微镜（OBM），收集厚散射样品的正面相位梯度图像的方法，使近视频速率在体内相位成像与适合内窥镜检查的小型化探头。
2012-06-14 physics.optics
Structured Illumination Microscopy using Digital Micro-mirror Device and Coherent Light Source
结构照明显微镜（SIM）通过激发具有高对比度、高频正弦图案的样品，实现了加倍的空间分辨率。这样的激发图案可以通过从光栅衍射的多个激光束之间的干涉来生成。在SIM中，2D成像需要9个图案，3D成像需要15个图案。与光栅的机械运动相比，光电器件提供了激发模式的快速切换，其中数字微镜器件（DMD）在工业上最为常见。在这里，我们的DMD模型的闪耀光栅和报告的快速和成本效益的SIM。我们自制的基于DMD的激光干涉结构照明显微镜（DMD-ISIM）系统以两倍的空间分辨率揭示了哺乳动物细胞中的核孔复合体和微管。我们进一步提出了多色DMD-ISIM系统的仿真，这可能会充分利用DMD-ISIM的功率。
2019-10-30 eess.IV physics.bio-ph 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
Analysis of intensity correlation enhanced plasmonic structured illumination microscopy
我们提出了通过强度相关来提高局域等离子体结构照明显微镜（LP-SIM）的性能。LP-SIM使用亚波长照明图案来编码高空间频率信息。在OTF支持出现缺口之前，它可以将分辨率提高三倍。对于闪烁的荧光团或量子反聚束的强度相关分析诱导高次谐波的照明模式，并扩大了有效的OTF。这使得在OTF支持中没有间隙的情况下能够实现高分辨率，并且因此实现完全确定性的成像方案。我们提出了模拟，包括拍摄和外部噪声，并展示了现实的光子预算下的分辨率。该技术在光学显微镜中具有潜力，其中低强度照明是至关重要的，同时旨在获得高空间分辨率但中等时间分辨率。
2021-03-18 physics.optics
K-space interpretation of image-scanning-microscopy
本文通过k空间分析揭示相干图像扫描显微术等效于聚束合成孔径雷达和倾斜照明显微术，并数值证明可用单个k空间探测器实现ISM。
2023-01-11 eess.SP physics.app-ph physics.med-ph
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
Signal and Noise Analysis for Chiral Structured Illumination Microscopy
最近，手性结构照明显微镜已被提出来成像亚波长分辨率的荧光手性域。手性结构照明显微术是基于结构照明显微术、荧光检测圆二色性和光学手性工程的组合。由于天然手性分子的圆二色性通常较弱，因此差分荧光也较弱，并且容易被噪声掩盖，妨碍了重建图像的保真度。在这项工作中，我们系统地研究了噪声对手性SIM获得的手性域图像的质量和分辨率的影响。我们解析描述的信噪比的重建手性SIM图像在傅立叶域和验证我们的理论计算与数值演示。因此，我们讨论了手性SIM在不同的实验方案的可行性，并提出了可能的策略，以提高信噪比的样品与弱圆二色性。
2021-04-06 physics.optics
High Resolution, Deep Imaging Using Confocal Time-of-flight Diffuse Optical Tomography
组织的光散射严重限制了人们可以在表面之下成像的深度，以及人们可以从这些图像中获得的空间分辨率。扩散光学层析成像（DOT）是用于在组织内部深处成像的最强大的技术之一--远远超出了弹道成像技术（例如共焦和双光子显微镜）所能容忍的常规$\sim$ 10-15平均散射长度。不幸的是，现有的DOT系统是有限的，只能实现厘米级的分辨率。此外，它们遭受缓慢的采集时间和缓慢的重建速度，使得实时成像不可行。我们表明，飞行时间扩散光学层析成像（ToF-DOT）和它的共焦变体（CToF-DOT），通过利用光子的旅行时间信息，使我们能够实现毫米空间分辨率的高度散射扩散制度（$> 50 $平均自由路径）。此外，我们展示了两个额外的创新：聚焦共焦测量，和多路复用的照明源，使我们能够显着减少测量采集时间。最后，我们依赖于一种新型的卷积逼近，使我们能够开发一种快速重建算法，与传统DOT重建技术相比，重建时间实现了100倍的$\times$加速。总之，我们相信这些技术进步是使用DOT实现实时、毫米分辨率、深层组织成像的第一步。
2021-05-27 eess.IV physics.optics
