Point-spread function engineering enhances digital Fourier microscopy
虽然存在许多光学方法来探测生物或复杂流体样品的动力学，但近年来，数字傅立叶显微镜技术，如微分动态显微镜，已成为有效结合成像和散射方法的方法。在这里，我们演示，通过实验和模拟，如何点扩散函数工程可以用来扩展微分动态显微镜的范围。
2017-10-11 cond-mat.soft physics.optics
Holographic Digital Fourier Microscopy for Selective Imaging of Biological Tissue
本文提出了一种利用数字傅里叶全息术对生物组织等混浊介质中不同尺寸散射体进行选择性成像的方法。数字傅里叶显微镜（DFM）结合了傅里叶全息和高分辨率数字记录，在应用滤波以突出组织中感兴趣的散射体方面具有至关重要的灵活性。高分辨率数字全息图是傅里叶全息图帧的整理形成大尺寸复合全息图的结果。与应用于小尺寸物体成像的传统直接数字成像（例如相位显微镜）相比，预计DFM具有更高的信噪比。使用生物体模的傅立叶滤波能力的DFM的演示代表了本文的主要焦点。
2005-02-04 physics.bio-ph physics.optics
Mapping the directional emission of quasi-two-dimensional photonic crystals of semiconductor nanowires using Fourier microscopy
控制纳米光子发射的色散和方向性是纳米光子学研究的主要目标之一。这种控制将允许开发高效的纳米源，即使是在单光子水平上。实现这一目标的方法之一是将发射耦合到周期性结构的布洛赫模式。在这里，我们提出了第一次测量的定向发射从纳米线光子晶体通过使用傅立叶显微镜。有了这项技术，我们有效地收集和解决纳米线的数值孔径内的显微镜物镜的定向发射。来自在每个纳米线中生长的异质结构的光发射由光子晶体的光子（布洛赫）模式控制。我们还证明，可以很容易地控制的方向性的发射渗透的光子晶体与高折射率的液体。这项工作为控制纳米线中的源的发射开辟了新的可能性。
2013-11-04 physics.optics
Core-Shell Nanoparticle Resonances in Near-Field Microscopy Revealed by Fourier-demodulated Full-wave Simulations
本研究利用傅里叶解调全波模拟揭示了核壳纳米粒子在 s-SNOM 中的近场光学响应，发现其几何与光学共振的相互作用会导致明显共振位移和大幅增强的散射，为预测内部异质纳米结构的光学特征提供了理论框架。
2024-08-22 physics.optics
Perturbative Fourier Ptychographic Microscopy for Fast Quantitative Phase Imaging
本文提出微扰傅里叶叠层显微术（pFPM），通过将差分相衬扩展为含暗场照明的多次迭代 Gauss-Newton 框架，并结合环形暗场照明策略，以少量测量实现快速、高分辨率、宽视场的定量相位成像。
2025-03-10 physics.optics
X-ray Fourier ptychographic microscopy
根据Zheng等人（2013）在可见光范围内的傅立叶重叠关联显微镜（FPM）的最新发展，我们提出了一种适用于硬X射线的方法。FPM采用重叠关联重建将一系列低分辨率、宽视场图像合并成一幅高分辨率图像。在X射线范围内，这开启了克服现有X射线透镜的有限数值孔径的可能性。此外，数字波前校正（DWC）可用于表征和校正透镜缺陷。考虑到X射线透镜可达到的衍射极限（低于100 nm），X射线傅立叶重叠关联显微镜（XFPM）应该能够达到10 nm范围内的分辨率。
2016-09-22 physics.ins-det physics.optics
Full-field Brillouin microscopy based on an imaging Fourier transform spectrometer
本文提出基于成像傅里叶变换光谱仪的全场布里渊显微方法，利用布里渊光谱对称性实现每秒40,000条光谱的高速采集，较共聚焦方法提升约三个数量级，并保持高空间分辨率。
2024-09-03 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
Vignetting effect in Fourier ptychographic microscopy
傅立叶重叠关联显微镜（FPM）是一种计算成像技术，通过应用角度多样性照明克服了传统显微镜的物理空间带宽积（SBP）限制。在通常的FPM模型中，微观系统被近似为空间不变的，传递函数由物镜的复光瞳函数确定。然而，在实际的实验条件下，当样品在亮场和暗场之间的“过渡区”内被LED照射时，很容易观察到一些意想不到的“半亮半暗”图像，这些图像具有很强的渐晕效应。这些不完美的图像，显然，不符合空间不变模型，并可能严重恶化重建质量。在这封信中，我们基于基于射线和严格的基于波动光学的分析来研究这种空间不变近似对FPM图像形成的影响。我们的分析表明，对于一个实际的FPM显微镜与低倍物镜和大视场，空间不变性被破坏的衍射在其他停止与不同的透镜元件在很大程度上。的空间变化模型的修改版本的推导和讨论。两个简单的对策，并通过实验验证，以绕过或部分减轻渐晕引起的重建伪影。
2017-10-19 physics.optics
SOFFLFM: Super-resolution optical fluctuation Fourier light-field microscopy
傅立叶光场显微镜（FLFM）使用微透镜阵列（MLA）来分割显微物镜的傅立叶平面以生成多个二维透视图，从而在不扫描的情况下使用3D去卷积计算来重建样品的三维（3D）结构。然而，FLFM的分辨率仍然受到衍射的限制，并且还依赖于孔径划分。为了提高光学起伏傅里叶光场显微镜的分辨率，将具有超分辨能力的Sofi方法引入到光学起伏傅里叶光场显微镜中，提出了一种超分辨光学起伏傅里叶光场显微镜（SOFFLFM）。SOFFLFM对FLFM采集的图像序列进行高阶累积量统计分析，然后进行三维反卷积计算，重建样品的三维结构。阐述了SOFFLFM提高分辨率的理论基础，并进行了仿真验证。仿真结果表明，SOFFLFM在二阶和四阶累积时，横向和轴向分辨率分别比FLFM提高了2倍和2倍以上。
2022-08-26 eess.IV physics.optics
High-space-bandwidth product characterization of metalenses with Fourier ptychographic microscopy
针对大NA大口径超透镜相位测量的高空间带宽积需求，提出基于傅里叶叠层显微术的相位表征技术，实现4.91兆像素高SBP测量，可分析加工像差并提供补偿策略，助力超透镜设计与工艺优化。
2024-11-02 physics.optics
Fourier microscopy of single plasmonic scatterers
我们报告了一种新的实验技术，用于量化由单个等离子体和超材料纳米散射器散射的光的角分布，基于傅立叶显微镜在暗场共焦设置。这种新的设置是量化单个等离子体和金属材料构建块的散射特性的必要工具，以及这种构建块的小耦合簇，这些构建块预计将成为纳米天线，光捕获结构和转换光学器件的主要成分。我们提出了一组不同长度的Au纳米线的测量，并显示了如何单Au纳米线的辐射图案随线的长度和驱动极化和波矢的函数的演变。
2011-05-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
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
Imaging blood cells through scattering biological tissue using speckle scanning microscopy
该研究采用光学散斑扫描显微术，证明在目标尺寸小于散斑扫描范围时，可透过散射生物组织获得具有亚细胞分辨率和良好质量的多细胞图像。
2013-11-21 physics.optics
Super-Resolution Structured-Illumination X-Ray Microscopy based on Fourier Decomposition
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；TUM Institute for Advanced Study, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学高等研究院）
提出一种超分辨X射线显微镜方法，通过结构照明编码高频信息，利用傅里叶分解解码，实现2.2倍分辨率提升，并扩展至显微断层成像，同时获取相位衬度和暗场图像。
2026-06-09 physics.optics
Analysis of Fourier ptychographic microscopy with half of the captured images
傅立叶重叠关联显微术（FPM）是一种新的计算成像技术，可以提供具有高分辨率和宽视场（FOV）的千兆像素图像。然而，数据采集过程的耗时是一个关键问题。本文分析了半幅图像FPM成像系统。基于传统的FPM系统的图像分析，我们然后比较重建图像与不同数量的捕获数据。仿真和实验结果表明，相对于全部采集数据的重建图像，采用一半采集数据的重建图像除了对比度降低外，分辨率没有明显下降。特别是在对象接近仅相位/仅振幅的情况下，具有一半捕获数据的重建图像的质量几乎与利用全数据重建的图像一样好。
2018-02-20 eess.IV physics.optics
3D scattering microphantom sample to assess quantitative accuracy in tomographic phase microscopy techniques
在本文中，我们提出了一种方法来鲁棒地评估定量准确性的各种层析相位显微镜（TPM）方法与多重散射3D打印microphantom与已知的几何形状和折射率分布。我们证明了这种方法，通过制造一个多散射体模和比较3D折射率的结果，从三个TPM重建方法与可见光和近红外波长的操作输出。其中一种方法假设样品是弱散射的，而其他两种方法则考虑了多次散射。这项研究可以很容易地扩展到更复杂的微幻影制造更密切地捕捉真实世界的散射物体，如组织的散射特性。
2022-08-19 physics.optics
Quantifying nanoscale electromagnetic fields in near-field microscopy by Fourier demodulation analysis
将光限制在尖锐的金属尖端已经成为研究远低于衍射极限的光学和电子特性的多功能技术。特别是近场显微镜在中红外光谱范围内发现了各种应用在探测纳米结构和它们的动力学。然而，正在进行的追求，最终高空间分辨率下降到单纳米制度和定量三维纳米断层扫描，这在很大程度上取决于从探头出现的近场的空间分布的精确知识。在这里，我们进行有限元模拟的尖端与现实的几何形状以上的电介质样品振荡。通过引入一种新的傅立叶解调分析的电场在空间中的每一点，我们可靠地量化的近场分布的样品上方和内部。除了推断横向场延伸（其可以小于尖端的曲率曲率半径）之外，我们还量化了样品内的探测体积。最后，我们可视化的散射过程到远场在一个给定的解调顺序，为第一次，和棚光的纳米级分布的近场及其演变的尖端样品的距离是不同的。我们的工作是理解和剪裁光学纳米显微术中倏逝场的空间分布的关键一步。
2021-10-18 physics.optics
Parallelized aperture synthesis using multi-aperture Fourier ptychographic microscopy
我们报告了一种新的显微镜平台，称为多孔径傅立叶重叠关联显微镜（MA-FPM），能够实现千兆像素复杂的现场图像与大的数据采集带宽-千兆像素每秒。MA-FPM是一种合成孔径技术-使用物镜阵列和倾斜移位照明来合成高分辨率、宽视场图像。这里，使用傅立叶重叠关联（FP）算法来恢复相位，这与使用全息测量的常规光学合成孔径技术不同。由于多个目标的并行数据采集能力提供了前所未有的带宽，使在扩展景深的高速体外过程的成像。在这里，我们提出了一个概念验证实验，证明了高质量的成像性能，尽管使用九倍少的照明角度相比，一个等效的FP设置。校准程序和重建算法的开发，以解决多个成像系统的挑战。我们的技术为研究细胞培养提供了一种新的成像工具，为这些过程提供了新的见解。
2018-06-06 eess.IV physics.ins-det physics.optics
Fourier DiffuserScope: Single-shot 3D Fourier light field microscopy with a diffuser
光场显微镜（LFM）在显微镜的传感器平面附近使用微透镜阵列（MLA），以实现样品的单次3D成像，而无需任何移动部件。不幸的是，LFM的3D能力伴随着焦平面处的横向分辨率的显著损失。将MLA放置在显微镜的光瞳平面附近，而不是图像平面，可以减轻伪影并提供有效的前向模型，以视场（FOV）为代价。在这里，我们展示了提高分辨率在一个大的体积与傅立叶DiffuserScope，它使用光瞳平面中的漫射器编码3D信息，然后计算重建体积通过解决稀疏约束的逆问题。我们的漫射器由随机放置的具有不同焦距的微透镜组成;与传统的MLA相比，随机位置提供了更大的FOV，并且不同的焦距改善了轴向深度范围。为了预测系统性能的基础上扩散参数，我们首次建立了一个理论框架和设计准则，这是通过数值模拟验证，然后建立一个实验系统，实现$< 3$ μ m横向和$4$ μ m轴向分辨率超过$1000 \times 1000 \times 280$ μ m $^3$体积。我们的扩散器设计优于LFM中使用的MLA，在更大的体积上提供更均匀的分辨率，无论是横向还是轴向。
2020-09-16 eess.IV physics.optics
Two-photon microscopy through scattering media harnessing speckle autocorrelation
Laboratoire Kastler Brossel, ENS–Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, College de France（卡斯勒-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）
本研究针对组织散射限制双光子显微镜深度成像的问题，结合光学记忆效应、散斑自相关技术与相位恢复算法，实现了散射层后方荧光物体的图像重建，为提升双光子显微镜透过散射介质的深度成像能力提供了新途径。
2025-05-19 physics.optics
Evaluation of Analytical Models in Scattering Scanning Near-field Optical Microscopy for High Spatial Resolution Spectroscopy
本文评估了两种描述s-SNOM中AFM针尖与介电材料相互作用的分析模型，并通过逆方法反演样品介电常数谱验证其有效性，以支持高空间分辨率光谱应用。
2024-11-19 physics.optics
Scattering correcting wavefront shaping for three-photon microscopy
三光子（3P）显微镜由于其在深层组织中的优越性能而受到关注。然而，像差和光散射仍然是高分辨率成像可达到的深度范围的主要限制之一。在这里，我们展示了散射校正波前整形与一个简单的连续优化算法，由集成的3P荧光信号的指导。我们展示了散射层后面的聚焦和成像，并研究了不同样品几何形状和反馈非线性的收敛轨迹。此外，我们通过小鼠头骨成像，并展示了一种新的快速相位估计方案，大大提高了速度，可以找到最佳的校正。
2022-06-27 physics.optics
High-resolution long-working-distance reference-free holographic microscopy exploiting speckle-correlation scattering matrix
使用传统的基于折射的光学透镜，同时实现高分辨率成像和长工作距离条件是具有挑战性的。为了增加透镜的数值孔径，应补偿工作距离，反之亦然。在这里，我们提出并证明了一个新的概念，在光学显微镜，可以实现高分辨率成像和长工作距离的条件下，利用散射层，而不是折射光学。当光线穿过散射层时，它会产生独特的干涉图案。为了在不引入参考光束的情况下从干涉图样中恢复复振幅图像，我们利用了散斑相关散射矩阵方法。这种特性使得全息显微术不需要任何透镜或外部参考光束。重要的是，所提出的方法允许高分辨率成像与长的工作距离超出了传统的物镜可以实现。作为实验验证，我们对各种显微样本进行了成像，并将其性能与离轴数字全息显微镜进行了比较。
2018-02-28 physics.optics
Fisher-information limits of detector-bandwidth-efficient 3D light-field microscopy
Department of Bioengineering, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校生物工程系）
本文提出任务相关的费希尔信息框架，对比FLFM、SLIM等光场显微镜的性能，发现SLIM在探测器带宽受限下的费希尔信息等指标更优，为光学编码与相机读出协同设计提供通用基础。
2026-08-21 physics.optics
Transient absorption microscopy setup with multi-ten-kilohertz shot-to-shot subtraction and discrete Fourier analysis
瞬态吸收显微镜图像的记录需要快速检测微小的光密度变化，这通常是通过高重复率激光源和锁定检测来实现的。在这里，我们提出了一个高度灵活和具有成本效益的检测方案的基础上，传统的光电二极管和USB示波器的MHz带宽，偏离常用的锁定方案，并实现基准灵敏度。我们的计划结合了拍摄到拍摄的评估泵浦探测和探头的测量，一个自制的光电探测器电路优化低脉冲能量应用低通放大，和一个自定义的评估算法的基础上傅立叶变换。该方法的优点包括同时监测多个频率、多个检测器通道的并行化以及不同脉冲序列（例如，包括仅泵）。利用40 kHz重复频率激光系统驱动两个非共线光学参量放大器实现宽调谐，并通过对微晶分子薄膜的研究，验证了瞬态吸收显微镜的二维成像性能。
2022-06-06 physics.ins-det physics.optics
Wide-field Fourier ptychographic microscopy using laser illumination source
傅立叶重叠关联显微镜是一种相干成像方法，它可以利用在不同空间频率区域捕获的多个低带宽图像合成具有较高带宽的图像。该方法对多个图像的需求推动了对更明亮的照明方案和高帧速率相机的需求，以实现更快的采集。我们报告使用引导激光束作为FP显微镜的照明源。它使用一个反射镜阵列和一个二维扫描振镜系统，以不同的入射角提供平面波照明的样品。由于系统中玻璃表面之间的反射，激光器的使用在图像捕获过程中呈现散斑。它们在最终重建图像中表现为缓慢变化的背景波动。我们能够通过在FP算法中包括通过微分相衬（DPC）反卷积获得的相位图像来减轻这些伪影。我们使用1瓦激光器，配置为提供具有150 mW功率和1 cm光束直径的准直光束，以允许在我们的系统中对96个原始FP输入图像的总捕获时间为0.96秒，其中相机传感器的帧速率是速度的瓶颈。我们证明了4.25的分辨率提高的因素，使用0.1 NA物镜在2.7 mm × 1.5 mm的全相机视场。
2016-03-23 physics.optics
Fast and robust misalignment correction of Fourier ptychographic microscopy
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Mechanobiology Institute, National University of Singapore（新加坡国立大学机械生物学研究所）；Seoul National University（首尔大学）；The University of Hong Kong（香港大学）
傅立叶重叠关联显微术（FPM）是一种新发展起来的计算成像技术，它可以提供高分辨率和宽视场的图像。然而，LED阵列的位置未对准引起重构的劣化，特别是在远离光轴的区域中。在本文中，我们提出了一个强大的和快速的方法来纠正FPM的LED失调，称为FPM失调校正（mcFPM）。虽然FOV中的不同区域对LED未对准具有不同的敏感性，但实验结果表明，mcFPM对于消除每个区域中的退化是鲁棒的。与现有的方法相比，mcFPM具有更快的速度。
2018-02-20 cs.CV physics.optics
System calibration method for Fourier ptychographic microscopy
傅立叶重叠关联显微术（FPM）是近年来提出的一种高分辨率、宽视场的定量相位成像技术。在现有的FPM成像平台中，像差、LED光强波动、参数缺陷和噪声等都是系统误差的主要来源，它们会严重影响重建结果，产生伪影。虽然人们对这些问题进行了研究，并分别提出了一些特殊的方法，但还没有一种方法可以解决所有的问题。然而，在实际情况下，系统误差是多种来源的混合。由于相似的伪影，很难区分一种误差源。为此，我们报告了一个系统校准程序，称为SC-FPM，基于模拟退火（SA）算法，LED强度校正和自适应步长策略，其中涉及在每个迭代步骤的误差矩阵的评估，其次是重新估计准确的参数。在仿真和实验中均取得了良好的性能。所提出的系统标定方案提高了FPM的鲁棒性，放宽了实验条件，使FPM更加实用。
2017-03-16 physics.ins-det physics.optics
Fourier ptychographic microscopy aided with transport of intensity equation for robust full phase spectrum reconstruction
提出一种结合FPM与TIE的混合成像方法，通过增加单张同轴离焦图像恢复低频相位信息，显著提升了全频段相位重建保真度，并实现了超出0-2π范围的相位恢复。
2025-05-30 physics.optics
Automated Fourier space region-recognition filtering for off-axis digital holographic microscopy
生物样品的自动化无标记定量成像可以极大地有利于高通量疾病诊断。数字全息显微镜（DHM）是一种功能强大的定量无标记成像工具，可非侵入性地检索细胞样品的结构细节。在离轴DHM中，傅立叶空间中合适的空间滤波窗口对重建相位图像的质量至关重要。在这里，我们描述了一个区域识别方法，结合形状识别与迭代阈值提取频率分量的最佳形状。区域识别技术提供了全自动的自适应滤波，可以在各种样本和成像条件下工作。当通过光学散射生物水凝胶基质成像时，该技术超越了以前的直方图阈值技术，而无需任何手动干预。最后，我们自动提取疟原虫感染和未感染的红细胞之间的光学高度的统计差异。本文所述的方法为在厚细胞培养物中对活细胞成像的自动DHM成像中实现更大的自主性铺平了道路。
2016-07-15 physics.optics q-bio.TO
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
Polarization-resolved microscopy through scattering media via wavefront shaping
波前整形已经彻底改变了散射介质中的成像深度，能够在空间和时间上重新聚焦穿过介质或介质内部的光。然而，波前整形是不兼容的，但与偏振分辨显微镜的偏振光学器件的需要，以重新聚焦具有受控的偏振状态的光。在这里，我们表明，波前整形不仅能够恢复焦点，但它也可以恢复注入的偏振态，而不使用任何偏振光学检测。这种违反直觉的效应发生在多个传输平均自由程厚的样品上，这些样品表现出具有完全杂乱状态的散斑。值得注意的是，输入偏振的任意旋转不会降低焦点的质量。这种无监督的重新极化-从最初的混乱的偏振状态-为前所未有的深度的偏振分辨结构显微镜铺平了道路。我们利用这一现象，并证明二次谐波产生（SHG）的结构成像的胶原纤维在肌腱组织后面的散射介质。
2015-11-07 physics.optics
In situ correction of liquid meniscus in cell culture imaging system based on parallel Fourier ptychographic microscopy (96 Eyes)
我们与安进公司合作，花了五年时间设计和制造基于傅立叶重叠关联显微镜（FPM）的下一代多孔板成像仪。在我们以前的工作中，报道了一个6孔成像仪（Emsight）和一个基于并行FPM的低成本并行显微系统（96 Eyes）。然而，液体弯月面对成像质量的影响比预期的要大得多，引入了明显的波矢失调和额外的像差。为此，提出了一种自适应波矢量校正（AWC-FPM）算法和一种光瞳恢复改进策略来解决这些挑战。此外，还增加了双通道荧光激发，为微生物学家获取结构信息。实验证明，以验证其性能。该算法的角分辨率精度在0.003 rad以内。我们的算法将使FPM算法更加强大和实用，并可以扩展到其他基于FPM的应用程序，以克服类似的挑战。
2019-12-28 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Robust Fourier ptychographic microscopy via a physics-based defocusing strategy for calibrating angle-varied LED illumination
傅立叶重叠关联显微术（FPM）是近年来发展起来的一种用于宽视场、高分辨率、高空间带宽积的计算成像技术。它集成了合成孔径和相位恢复的概念，以超越所采用的物镜的分辨率限制。在FPM框架中，需要精确地知道每个子谱的位置以确保相位恢复过程的成功。与传统的机械调整或数据驱动的优化策略不同，本文提出了一种基于物理的散焦策略，用于校正FPM中LED照明的大范围位置偏差。基于与散焦物体的亚像素图像配准过程，我们可以直接推断照明参数，包括光源的横向偏移，LED阵列的面内旋转角度，以及样品和LED板之间的距离。仿真研究和实验验证了该方法的可行性和有效性。我们表明，报告的策略可以获得高质量的重建的复杂的对象和瞳孔，即使LED阵列是随机放置在样本与未知的横向偏移和旋转。因此，它可以通过减少施工过程中对精细机械调整和数据驱动校正的要求来开发强大的FPM系统。
2021-12-28 physics.comp-ph physics.optics
Bidirectional quantitative scattering microscopy
本研究提出双向定量散射显微镜BiQSM，融合前向与后向散射检测，实现更宽动态范围的多尺度细胞无标记成像，为动态生物过程研究提供新工具。
2025-03-19 physics.optics
Robust full-pose-parameter estimation for the LED array in Fourier ptychographic microscopy
傅立叶重叠关联显微术（FPM）通过合成在角度变化的照明下捕获的一组低分辨率强度图像，可以实现具有大空间带宽积的定量相位成像。确定准确的照明角度是至关重要的，因为实际系统参数和恢复算法中使用的参数之间的一致性对于高质量成像至关重要。提出了一种基于物理的全姿态参数照明角度标定方法。使用基于物理学的模型构建与所采用的显微镜和捕获的图像内的明场到暗场边界的一般知识，我们可以解决错位的LED阵列的全姿态参数，其中包括样品和LED阵列之间的距离，两个正交的横向位移，一个面内旋转角，和两个倾斜角，以精确地校正照明角度。定性和定量的实验证明了该方法对恢复随机或显著姿态参数的可行性和有效性。由于姿态参数的完整性，物理模型的清晰性，以及对任意失准的高鲁棒性，我们的方法可以显着促进简洁和强大的FPM平台的设计，实现和应用。
2022-06-11 eess.IV physics.optics
Data preprocessing methods for robust Fourier ptychographic microscopy
Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院西安光学精密机械研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
傅立叶重叠关联显微术（FPM）是近年来提出的一种高分辨率、宽视场的计算成像技术。在目前的FP实验装置中，由于高角度照明下的暗场图像信噪比低，容易被杂散光和背景噪声淹没，从而严重降低了重建质量，也对FP方法的综合数值孔径（NA）施加了重大限制。为此，提供了一个全面和系统的数据预处理方案，从FP的原始数据集，其中包括采样分析以及曝光不足/曝光过度的处理，然后通过消除未知的杂散光和抑制不可避免的背景噪声，特别是高斯噪声和CCD暗电流在我们的实验。所报道的非参数方案有利于大大增强FP的性能，这已被实验证明，通过这些方法去除噪声的好处远远超过其伴随的信号损失的缺陷。此外，它可以灵活地与现有的国家的最先进的算法，产生更强的鲁棒性的FP方法在各种应用。
2017-06-04 cs.CV physics.optics
3D Fourier transformation light scattering for reconstructing extend angled resolved light scattering of individual particles
我们代表三维傅里叶变换光散射，一种方法来重建角分辨光散射（ARLS）与扩展的角度范围从个别球形物体。为了克服光学系统的物理数值孔径所决定的角度限制，在不同的照明角度下测量样品散射的光学光场，然后通过旋转散射光信号将其合成到傅立叶空间中与法向照明相对应的埃瓦尔德球上。该方法将ARLS光谱的角度范围扩展到90度以上，超出了前向光学测量的限制。扩展的散射光场在3D和相应的ARLS光谱的个别微观聚苯乙烯珠，和蛋白质液滴表示。
2021-02-08 physics.optics
Single-pixel imaging with Fourier filtering: application to vision through scattering media
我们提出了一种新的方法，通过散射介质相结合的傅立叶空间滤波和单像素成像的原则成像。我们比较我们的单像素成像设置与传统系统的性能。首先，我们表明，一个单像素的相机不减少的对象的频率内容，即使当一个小针孔被用作低通滤波器。其次，我们表明，傅立叶门的引入提高了通过散射介质在两个光学系统中的成像的对比度。我们的结论是，单像素成像更适合于通过傅立叶门控散射介质成像比传统的成像。
2018-10-08 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
Multifrequency Excitation and Detection Scheme in Apertureless Scattering Near Field Scanning Optical Microscopy
我们从理论上和实验上证明了一种多频激发和检测方案，在无孔近场光学显微镜，超过目前最先进的灵敏度和背景抑制。通过激发原子力显微镜针尖的两个第一弯曲模式，并解调检测信号的谐波在其总和，我们提取了近场信号的灵敏度和深亚波长分辨率提高了一倍，达到$λ/230$。此外，该方法提供了丰富的控制实验自由度，扩大了参数空间，实现完整的光学背景抑制。该方法突破了近场信号的非干涉完整相位和振幅恢复的基础，并且适用于任何多模态激励和高次谐波解调。
2017-06-12 physics.optics
Coherent Stokes Raman scattering microscopy (CSRS)
本文首次实现激光扫描相干斯托克斯拉曼散射显微镜，通过窄带滤光与锁相解调抑制荧光背景，并证明紧聚焦下可后向发射大部分CSRS光子，推动反向探测多焦点成像等应用。
2023-01-09 physics.optics
Anisotropy enables advanced light sheet microscopy with opaque lenses
针对荧光显微镜在散射组织中深度分辨率比受限的问题，提出结合动态波前整形与各向异性散射板的不透明透镜Wavelens，实现了在密集散射样本中保持一致光片特性的高分辨率成像。
2025-09-16 physics.optics
A multimodal laser-scanning nonlinear optical microscope with a rapid broadband Fourier-transform coherent Raman modality
非线性光学显微镜允许快速高分辨率显微镜与图像对比度产生的内在性质的样品。已建立的模式，如多光子激发荧光和二次/三次谐波产生，可以与其他非线性技术，如相干拉曼光谱，通常允许化学成像的一个单一的共振振动模式的样品相结合。在这里，我们利用一个单一的超快激光源，以获得宽带相干拉曼光谱的显微镜，连同其他非线性显微镜的方法在同一仪器上。我们证明，相干拉曼模态允许宽带测量（>1000 cm-1），具有高光谱分辨率（<5 cm-1），具有快速的光谱采集速率（3-12 kHz）。这使得能够以每秒>11帧的速度对>千像素图像进行拉曼高光谱成像。
2020-05-28 physics.bio-ph physics.optics
Multiple scattering limit in optical microscopy
光学显微镜提供了一个独特的洞察生物结构与亚微米分辨率和最小的侵入性。然而，样品本身的不均匀性会引起光的多次光的散射和光学像差，这将观察限制在接近表面的深度。为了定量预测显微镜的穿透深度，我们从理论上推导出反射中的单次散射与多次散射的比值。从这个关键量，多重散射极限推导出各种显微成像技术，如共焦显微镜，光学相干层析成像和相关方法。
2017-11-07 physics.bio-ph physics.optics
Inferring scattering-type Scanning Near-Field Optical Microscopy Data from Atomic Force Microscopy Images
本研究提出利用生成式AI模型和分析模型，从AFM图像及探针位置信号推断并生成虚拟s-SNOM数据，无需直接光学测量，显著降低纳米级成像的时间与成本。
2025-04-03 physics.optics
Near-infrared lensless holographic microscopy on a visible sensor enables label-free high-throughput imaging in strong scattering
Warsaw University of Technology（华沙理工大学）；Nencki Institute of Experimental Biology of Polish Academy of Sciences（波兰科学院实验生物学神经生物学实验室）；Medical University of Warsaw（华沙医科大学）；Maria Sklodowska-Curie National Research Institute of Oncology（玛丽亚·斯克沃多夫斯卡-居里国家肿瘤学研究所）；Centre of Postgraduate Medical Education（医学继续教育中心）
近红外无透镜全息显微镜利用可见传感器实现强散射环境下无标记高通量成像，提升横向分辨率和内部结构分辨能力。
2026-02-16 physics.optics
FPM-INR: Fourier ptychographic microscopy image stack reconstruction using implicit neural representations
本文提出 FPM-INR 框架，将物理光学模型与隐式神经表示结合，实现无需外部训练数据的高效 FPM 图像栈重建，速度提升最高 25 倍、内存减少 80 倍。
2023-10-31 eess.IV physics.optics
Laser Doppler holographic microscopy in transmission: application to fish embryo imaging
我们把激光多普勒全息显微术推广到透射几何学。该技术与活鱼胚胎成像的修改直立生物显微镜进行验证。通过改变全息参考光束的频率以及用于计算全息图的帧的组合，已经执行了多模态成像。还获得了针对不同多普勒频移的血管的多普勒图像、以RGB颜色编码流动方向的图像或示出血细胞个体运动的电影。选择用于计算信号的傅立叶空间区域的能力使该方法定量。
2014-04-30 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
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
Fourier plane optical microscopy and spectroscopy
强度、波矢、相位和偏振是任何光束最重要的参数。了解波矢分布已成为一个非常重要的问题，在最近几天，特别是在纳米尺度。它提供了关于光-物质相互作用的独特信息。后焦平面或傅立叶平面成像和光谱技术不仅有助于测量单个分子和单个纳米结构的波矢量分布，还有助于测量超材料表面和超材料的波矢量分布。本文综述了后焦成像和光谱技术的概况，发展该技术的不同方法和应用，包括分子荧光和拉曼信号的角发射模式，首先从成像和光谱学两个角度讨论了在物镜后焦平面上可以获得的信息，然后讨论了可能的用于将物镜的后焦平面投影到成像相机或分光镜上的配置。我们还讨论了这种测量中可能的误差来源和克服它的可能方法，然后阐明可能的应用。
2020-01-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
