Гибридный алгоритм ввода-вывода

Алгоритм гибридного ввода-вывода (HIO) для поиска фазы представляет собой модификацию алгоритма уменьшения ошибок для поиска фаз в когерентной дифракционной визуализации . Определение фаз дифракционной картины имеет решающее значение, поскольку дифракционная картина объекта представляет собой его преобразование Фурье , и для правильного инвертирования дифракционной картины необходимо знать фазы. Однако только амплитуда может быть измерена по интенсивности дифракционной картины и, следовательно, может быть известна экспериментально. Этот факт вместе с каким-либо опорным ограничением можно использовать для итеративного расчета фаз. Алгоритм HIO использует отрицательную обратную связь в пространстве Фурье, чтобы постепенно заставить решение соответствовать ограничениям области Фурье (поддержка). В отличие от алгоритма уменьшения ошибок, который поочередно применяет ограничения Фурье и объекта, HIO «пропускает» шаг объектной области и заменяет его отрицательной обратной связью, действующей на предыдущее решение.

Хотя было показано, что метод уменьшения ошибок сходится к пределу (но обычно не к правильному или оптимальному решению). нет предела тому, как долго может занять этот процесс. Более того, алгоритм уменьшения ошибок почти наверняка найдет локальный минимум вместо глобального решения. HIO отличается от снижения ошибок только одним шагом, но этого достаточно, чтобы значительно уменьшить эту проблему. В то время как подход к уменьшению ошибок итеративно улучшает решения с течением времени, HIO переделывает предыдущее решение в пространстве Фурье, применяя отрицательную обратную связь. Минимизируя среднеквадратическую ошибку в пространстве Фурье из предыдущего решения, HIO обеспечивает лучший вариант решения для обратного преобразования. Хотя алгоритм HIO и быстрее, и мощнее, чем метод уменьшения ошибок, у него есть проблема с уникальностью. В зависимости от того, насколько сильна отрицательная обратная связь, часто может существовать более одного решения для любого набора данных дифракции. Несмотря на то, что это проблема, было показано, что многие из этих возможных решений связаны с тем фактом, что HIO позволяет использовать зеркальные изображения, сделанные в любой плоскости, в качестве решений. В кристаллографии ученого редко интересуют координаты атомов относительно какой-либо другой точки отсчета, кроме самой молекулы, и поэтому он более чем доволен решением, которое перевернуто или перевернуто относительно фактического изображения. Обратной стороной является то, что HIO имеет тенденцию ускользать как от глобальных, так и от локальных максимумов. Эта проблема также зависит от силы параметра обратной связи, и хорошим решением этой проблемы является переключение алгоритма, когда ошибка достигает минимума. Другие методы фазирования когерентной дифракционной картины включают алгоритм разностной карты и «релаксированные усредненные переменные отражения» или RAAR.