1 华北理工大学电气工程学院，河北 唐山 063210
2 唐山市金属构件产线智能化技术创新中心，河北 唐山 063210
3 唐山市半导体集成电路重点实验室，河北 唐山 063210
傅里叶叠层成像（FPM）受硬件和算法等因素的限制，成像的整体性能有待提高。为解决传统FPM技术成像速度慢、成像质量低的问题，融入深度学习的FPM图像重建方法得到广泛关注。基于此，提出一种基于超分辨率对抗生成网络的FPM模型，在原有网络基础上通过增加密集块连接实现全局特征融合并且使用一种加权损失函数提高图像重建质量。分辨率板图像重构结果表明，所提深度学习方法较传统方法重建效果显著、重建速度更快。
显微 计算成像 傅里叶叠层显微成像 对抗生成网络 超分辨率重建 深度学习 激光与光电子学进展
2023, 60(20): 2018001
随着成像系统小型化发展，透镜和光阑不再必须是圆形的，方形孔径更有利于收集微成像器件完整孔径的光场。研究了基于方形孔径的宏观傅里叶叠层成像技术，利用成像传感器及其傅里叶域自然的矩形结构，更有效利用方形孔径的合成来提高成像分辨率。数值模拟和实验验证表明：边长和直径相等的方形孔径与圆形孔径相比，方形孔径具有高光通量和宽传递函数的优势，可实现更高的成像分辨率、速度和信噪比。
显微 傅里叶叠层 合成孔径 成像系统
光学 精密工程
2022, 30(23): 2975
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海 201800
2 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室，上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
4 江南大学理学院，江苏 无锡 214122
倾斜刃边法测量光学传递函数（OTF）只能准确地获取单一方向上的调制传递函数（MTF），且无法测量Zernike像差系数。傅里叶叠层成像技术在获得超分辨图像的同时能够重建光学系统的光瞳函数，实现Zernike像差系数和二维OTF的振幅与相位的测量。以往通过相机整体平移进行孔径扫描来实现宏观傅里叶叠层成像的方法难以适用于OTF测量光路中，因此提出了电控平移台带动照明光纤运动来实现光瞳在频域的平移，具有移动间距可调、亮度高和相干性好的优点。根据OTF测量光路搭建了实验平台，利用宏观傅里叶叠层成像技术对双胶合透镜及其存在遮拦的情况进行了测量，重建其光瞳函数，计算出Zernike像差系数和OTF。通过测量高清成像镜头，分析了采集步数和重叠率对准确性的影响。实验结果表明，子午方向和弧矢方向的MTF测量结果与传函仪测量结果的均方误差在10-4量级。
光学学报
2022, 42(14): 1412003
1 哈尔滨工业大学(深圳)计算机科学与技术学院, 广东 深圳 518055
2 清华大学深圳国际研究生院, 广东 深圳 518055
傅里叶叠层成像技术(FP)可重构出宽视场、高分辨率的物体幅值和相位分布,随着深度学习技术的不断发展,神经网络已成为求解计算成像中非线性逆问题的重要手段之一。针对FP系统数据特异性强、数据量少等特点,提出了一种结合计算成像先验知识和深度学习的算法,设计了基于物理模型的神经网络框架,并对仿真样本进行了验证。此外,还搭建了远场透射系统,对宏观物体的图像序列进行FP重建验证。实验结果表明,该系统能用有限的仿真与真实数据集重构出高分辨率样本的复振幅分布,且对光学像差与背景噪声的鲁棒性较强。
成像系统 傅里叶叠层成像技术 光学超分辨率 计算成像 深度学习 激光与光电子学进展
2021, 58(18): 1811020
大视场、高分辨率以及相位成像是光学显微领域长期追求的目标,然而这些性能在传统显微成像技术框架中难以兼顾,这在很大程度上限制了传统显微成像技术的应用范围。传统的显微成像方法通常以提高系统造价或降低其他成像性能为代价来提升成像空间带宽积或相位成像能力。傅里叶叠层显微 (FPM) 成像作为一个极具代表性的计算显微成像技术框架,无需精密机械扫描装置及干涉测量系统即可同时实现大空间带宽积与定量相位成像,相关理论及技术已经在数字显微、生命科学等领域得到了广泛的研究和应用,具有非常高的研究价值和应用前景。从基本的物理模型、相位恢复算法以及系统构建方式等几个方面对傅里叶叠层显微成像的相关研究进展进行综述,并对其理论和应用的发展方向进行分析和讨论。
激光与光电子学进展
2021, 58(14): 1400001
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Jiao Tong University, University of Michigan-Shanghai Jiao Tong University Joint Institute, State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Shanghai, China
2 Shanghai Jiao Tong University, School of Physics and Astronomy, MOE Key Laboratory for Laser Plasmas and Collaborative Innovation Center of IFSA, Shanghai, China
3 Jiangnan University, School of Science, Wuxi, China
Abbe’s resolution limit, one of the best-known physical limitations, poses a great challenge for any wave system in imaging, wave transport, and dynamics. Originally formulated in linear optics, the Abbe limit can be broken using nonlinear optical interactions. We extend the Abbe theory into a nonlinear regime and experimentally demonstrate a far-field, label-free, and scan-free super-resolution imaging technique based on nonlinear four-wave mixing to retrieve near-field scattered evanescent waves, achieving a sub-wavelength resolution of λ / 5.6. This method paves the way for numerous new applications in biomedical imaging, semiconductor metrology, and photolithography.
nonlinear optics four-wave mixing evanescent wave super-resolution Fourier ptychography Advanced Photonics
2021, 3(2): 025001
杭州电子科技大学电子信息学院, 浙江 杭州 310018
傅里叶叠层显微成像(FPM)利用LED阵列角度变化的光照来克服低数值孔径物镜的分辨率限制。在传统的FPM系统中,LED阵列的位置误差将会给图像重建过程带来严重影响。因此准确校正LED阵列的位置对于提高重建图像质量至关重要。为了解决这一问题,提出一种基于遗传退火优化算法的位置校正方法。首先分析LED阵列、样品及物镜数值孔径的相对位置给入射波矢量带来的影响;接着采用遗传退火优化算法对LED阵列的误差位置估计全局误差参数;最后在重建过程中利用全局误差参数快速、准确地对LED阵列位置进行校正。仿真结果和实验结果表明,所提方法能显著提高重建图像的质量。
成像系统 傅里叶叠层显微成像 位置校正 遗传退火算法 图像质量
