1 华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室，湖北 武汉 430074
2 光谷实验室，湖北 武汉 430074
衍射场作为叠层衍射成像技术（ptychography）的重要约束，其信息的丰富度和准确性将直接影响重构质量。提出一种基于极大似然噪声估计的高动态范围（ML-HDR）叠层衍射成像方法，即在探测器线性响应假设下，构建复合高斯噪声模型，根据极大似然估计求解最优权重函数，由多张低动态范围衍射场合成高信噪比衍射场。对比了单次曝光、传统HDR和ML-HDR三种方法的重构质量。仿真和实验结果表明：相比单次曝光，ML-HDR能将动态范围拓宽8位，重构分辨率提升至2.83倍；相比传统HDR，ML-HDR能提高重构图像的均匀性和对比度，且无需额外标定硬件参数。
计算成像 叠层衍射成像术 高动态范围 相位恢复 极大似然估计 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811011
1 西安电子科技大学杭州研究院，浙江 杭州 311231
2 西安电子科技大学光电工程学院，陕西 西安 710071
3 杭州电子科技大学通信工程学院，浙江 杭州 310018
4 康涅狄格大学生物医学工程系，美国 斯托斯06269
叠层成像技术是近年来发展快速的相干衍射成像方法，目前已经成为世界上大多数X射线同步加速器和国家实验室不可或缺的成像工具。光学叠层成像是叠层成像技术在可见光波段的应用，分为基于透镜的傅里叶叠层成像与基于无透镜的编码叠层成像。编码叠层成像作为一种新型无透镜片上显微成像技术，具有大视场、高分辨率、无像差、无标记、便携式，以及缓变相位成像等诸多技术优点。本文介绍无透镜编码叠层显微成像的基本原理及最新研究进展，分析了其成像性能，重点介绍了其在生物医学方面的相关应用，并讨论了编码叠层成像技术未来的发展方向。
叠层成像 编码叠层 无透镜成像 计算成像 显微成像 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618003
1 江苏科技大学理学院，江苏 镇江 212100
2 山东大学信息科学与工程学院，山东 青岛 266237
叠层成像的成像分辨率会受到数值孔径和电荷耦合器件（CCD）像素尺寸的限制。CCD靶面有限则数值孔径有限，采集大光斑图像时，易丢失CCD靶面边缘的部分高频信息。此外，像素尺寸较大会导致成像时采样率不足，也会丢失部分细节高频信息。提出了一种高分辨率叠层成像方法，可同时处理数值孔径和CCD像素尺寸的分辨率限制问题。首先，利用外推法补充因数值孔径有限丢失的高阶衍射信息，之后将外推法重建的图像代入基于多权重损失函数的生成对抗网络中，即可快速解决像素尺寸受限问题，提高成像分辨率。多权重损失函数为均方误差、特征图误差和对抗误差的加权和。通过设置合理的权重，可以实现像素和视觉层面的均衡处理。仿真及实验结果表明，该方法在提高叠层成像系统分辨率上具有显著效果，且运算效率高。
超分辨率 叠层成像 外推法 生成对抗网络 多权重损失函数 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811003
李晟 1,2,3王博文 1,2,3管海涛 1,2,3梁坤瑶 1,2,3[ ... ]左超 1,2,3,**
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，智能计算成像实验室(SCILab)，江苏 南京 210094
2 南京理工大学智能计算成像研究院(SCIRI)，江苏 南京 210019
3 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室，江苏 南京 210094
4 陆军装备部驻南京军事代表处，江苏 南京 210024
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光学合成孔径探测 计算成像 超分辨 傅里叶叠层 非相干合成孔径 远场成像 optical synthetic aperture detection computational imaging super resolution Fourier ptychography incoherent synthetic aperture far-field imaging
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 张江实验室，上海 200120
高次谐波自身特性的表征是其在超快时间测量中应用的前提，但是由于其所处波段和宽带光源的特性，使得其三维时空相位的完整测量一直是高次谐波表征的难题。多波长高次谐波的相干合成可以获得阿秒脉冲，但是目前阿秒脉冲的相位测量也只能获得一维时域信息。针对以上问题，提出了一种改进的混态叠层衍射成像方案来解决高次谐波的空域测量，成功实现由多个极紫外（EUV）波长构成的高次谐波梳的空域复振幅重建，并研究了样品吸收对空域复振幅重建过程的影响。研究发现，对于多波长高次谐波重建速度和质量，存在最优的样品衍射图案对比度。
测量 高次谐波 叠层衍射成像 相位恢复 多波长 中国激光
2023, 50(23): 2304004
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
