Фурье-птихография
Фурье-птихография - это метод вычислительной визуализации, основанный на оптической микроскопии , который заключается в синтезе более широкой числовой апертуры из набора изображений полного поля зрения, полученных под различными углами когерентного освещения . [1] что приводит к увеличению разрешения по сравнению с обычным микроскопом .
Каждое изображение получается при освещении источником когерентного света под различными углами падения (обычно от матрицы светодиодов); полученный набор изображений затем объединяется с использованием итеративного алгоритма фазового поиска в окончательное изображение с высоким разрешением, которое может содержать до миллиарда пикселей (гигапикселя) с разрешением, ограниченным дифракцией , что приводит к получению продукта с высокой пропускной способностью .
Фурье-птихография реконструирует сложное изображение объекта (с количественной информацией о фазе ), но, в отличие от голографии , это неинтерферометрический метод визуализации, и поэтому его часто легче реализовать.
Название «птихография» происходит от древнегреческого слова πτυχή («складывать», встречается также в слове триптих ), поскольку техника основана на множественных «видах» объекта.
Алгоритмы реконструкции изображения
[ редактировать ]Алгоритмы реконструкции изображения основаны на итеративном фазовом поиске . [2] либо связано с алгоритмом Герхберга–Сакстона , либо основано на методах выпуклой релаксации. [3] Как и в реальной космической птихографии , решение фазовой проблемы опирается на то же математическое ограничение инвариантности сдвига, за исключением того, что в птихографии Фурье это дифракционная картина в задней фокальной плоскости , которая движется относительно апертуры задней фокальной плоскости . (В традиционной птихографии освещение перемещается относительно образца.) Поэтому многие алгоритмы реконструкции, используемые в птихографии в реальном пространстве, используются в птихографии Фурье, чаще всего PIE. [4] [5] и такие варианты, как ePIE [6] и 3PIE. [7] Варианты этих алгоритмов позволяют одновременно восстанавливать функцию зрачка оптической системы. [8] позволяющая корректировать аберрации объектива микроскопа и дифракционную томографию [9] что позволяет осуществлять 3D-реконструкцию тонких объектов-образцов, не требуя углового сканирования образца, необходимого для компьютерной томографии .
Преимущества
[ редактировать ]Фурье-птихографию можно легко реализовать на обычном оптическом микроскопе, заменив источник освещения на матрицу светодиодов и улучшив оптическое разрешение в 2 раза (при только светлопольном освещении) и более (при включении темнопольных изображений в реконструкцию ). .)
Основным преимуществом фурье-птихографии является возможность использовать объектив микроскопа с меньшей числовой апертурой без ущерба для разрешения. Использование меньшей числовой апертуры обеспечивает большее поле зрения , большую глубину резкости и большее рабочее расстояние. Более того, он обеспечивает эффективную числовую апертуру больше 1, не прибегая к масляной иммерсии . [10]
Отношение к птихографии
[ редактировать ]В отличие от птихографии Фурье, (традиционная) птихография меняет роль фокусного элемента с объектива на конденсатор и полагается на получение дифрактограмм с разнообразием положений освещения. Однако оба метода основаны на определении углового спектра объекта с помощью процедуры восстановления фазы . [11] и по своей сути восстанавливают одну и ту же информацию. Таким образом, фурье-птихография и традиционная птихография обеспечивают мост между когерентной дифракционной визуализацией и полнопольной микроскопией .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Г. Чжэн, Р. Хорстмейер и К. Ян (2013). «Широкоугольная Фурье-птихографическая микроскопия высокого разрешения» . Природная фотоника . 7 (9): 739–745. arXiv : 1405.0226 . Бибкод : 2013NaPho...7..739Z . дои : 10.1038/nphoton.2013.187 . ПМК 4169052 . ПМИД 25243016 .
- ^ Да, Ли-Хао; Донг, Джонатан; Чжун, Цзиншань; Тиан, Лей; Чен, Майкл; Тан, Гунго; Солтанолкотаби, Махди; Уоллер, Лаура (2015). «Экспериментальная надежность алгоритмов поиска фазы Фурье-птихографии». Оптика Экспресс . 23 (26): 33214–40. arXiv : 1511.02986 . дои : 10.1364/OE.23.033214 . ПМИД 26831989 . S2CID 11235911 .
- ^ Хорстмейер, Рорк; Чен, Ричард Ю.; Оу, Сяозе; Эймс, Брендан; Тропп, Джоэл А.; Ян, Чанхуэй (2015). «Решение птихографии с выпуклой релаксацией» . Новый журнал физики . 17 (5): 053044. doi : 10.1088/1367-2630/17/5/053044 . ПМЦ 4486359 . ПМИД 26146480 .
- ^ Фолкнер, HML; Роденбург, Дж. М. (2004). «Безлинзовая трансмиссионная микроскопия с подвижной апертурой: новый алгоритм восстановления фазы». Письма о физических отзывах . 93 (2): 023903. doi : 10.1103/PhysRevLett.93.023903 . ПМИД 15323918 .
- ^ Роденбург, Дж. М.; Фолкнер, HML (2004). «Алгоритм поиска фазы для смещения освещения». Письма по прикладной физике . 85 (20): 4795–4797. Бибкод : 2004ApPhL..85.4795R . дои : 10.1063/1.1823034 . ISSN 0003-6951 .
- ^ Мейден, Эндрю М.; Роденбург, Джон М. (2009). «Улучшенный алгоритм птихографического фазового поиска для дифракционной визуализации». Ультрамикроскопия . 109 (10): 1256–1262. дои : 10.1016/j.ultramic.2009.05.012 . ISSN 0304-3991 . ПМИД 19541420 .
- ^ Мейден, AM; Хамфри, MJ; Роденбург, Дж. М. (2012). «Птихографическая трансмиссионная микроскопия в трех измерениях с использованием многосрезового подхода». ЖОСА А. 29 (8): 1606–1614. Бибкод : 2012JOSAA..29.1606M . дои : 10.1364/JOSAA.29.001606 . ISSN 1520-8532 . ПМИД 23201876 .
- ^ Оу, Сяозе; Чжэн, Гоань; Ян, Чанхуэй (2014). «Встроенное восстановление функции зрачка для фурье-птихографической микроскопии» . Оптика Экспресс . 22 (5): 4960–72. дои : 10.1364/OE.22.004960 . ПМК 4086333 . ПМИД 24663835 .
- ^ Хорстмейер; и др. (2016). «Дифракционная томография с Фурье-птихографией» . Оптика . 3 (8): 827–835. дои : 10.1364/OPTICA.3.000827 . ПМЦ 5521281 . ПМИД 28736737 .
- ^ Оу, Сяозе; Хорстмейер, Рорк; Чжэн, Гоань; Ян, Чанхуэй (2015). «Фурье-птихография с высокой числовой апертурой: принцип, реализация и характеристика» . Оптика Экспресс . 23 (3): 3472–91. дои : 10.1364/OE.23.003472 . ПМК 5802253 . ПМИД 25836203 .
- ^ Хорстмейер; и др. (2014). «Модель фазового пространства Фурье-птихографической микроскопии Рорка» . Оптика Экспресс . 22 (1): 338–358. дои : 10.1364/OE.22.000338 . ПМЦ 3926543 . ПМИД 24514995 .