Фурье-птихография - Fourier ptychography

Фурье-птихография это метод компьютерной визуализации на основе оптическая микроскопия который заключается в синтезе более широкого числовая апертура из набора полнопольных изображений, полученных на различных когерентное освещение углы,[1]что приводит к увеличению разрешения по сравнению с обычный микроскоп.

Каждое изображение получается при освещении когерентным источником света под разными углами падения (обычно от матрицы светодиодов); полученный набор изображений затем объединяется с использованием алгоритма итеративного поиска фазы в окончательное изображение с высоким разрешением, которое может содержать до миллиарда пикселей (гигапиксель) с дифракционно ограниченный разрешение, в результате чего продукт с высокой пропускной способностью.

Психография Фурье восстанавливает сложный образ объекта (с количественным фаза информация), но вопреки голография, это неинтерферометрический метод построения изображений, поэтому его часто проще реализовать.

Схема, показывающая оптическую конфигурацию для фурье-подпихографии.
Оптическая конфигурация для фурье-птихографии.

Название «птихография» происходит от древнегреческого слова πτυχή («складывать», также встречается в слове триптих ), потому что метод основан на множественных "представлениях" объекта.

Алгоритмы реконструкции изображений

Алгоритмы реконструкции изображений основаны на итеративном поиск фазы,[2] либо связанные с Алгоритм Гершберга – Сакстона или на основе выпуклый методы релаксации.[3] Нравиться пихография реального космоса, решение фазовая проблема полагается на то же математическое ограничение инвариантности сдвига, за исключением того, что в фурье-психографии это дифракционная картина сзади фокальная плоскость который движется относительно задней фокальной плоскости отверстие. (В традиционном птихография освещение перемещается относительно образца.) Многие алгоритмы реконструкции, используемые в Психография в реальном пространстве поэтому используются в фурье-психографии, чаще всего PIE[4][5] и варианты, такие как ePIE[6] и 3PIE.[7] Варианты этих алгоритмов позволяют одновременно реконструировать функция зрачка оптической системы,[8] учитывая коррекция аберраций объектива микроскопа, и дифракционная томография[9] который позволяет выполнять трехмерную реконструкцию тонких объектов образца без необходимости сканирования образца под углом, необходимого для Компьютерная томография.

Преимущества

Птихографию Фурье можно легко реализовать на обычном оптическом микроскопе, заменив источник освещения массивом светодиодов и улучшив оптическое разрешение в 2 раза (при освещении только светлым полем) или более (при включении темнопольные изображения до реконструкции.)

Основным преимуществом фурье-птихографии является возможность использования объектива микроскопа с более низким числовая апертура без ущерба для разрешения. Использование более низкой числовой апертуры позволяет увеличить поле зрения, больше глубина резкости, и большее рабочее расстояние. Кроме того, он обеспечивает эффективную числовую апертуру больше 1, не прибегая к масляная иммерсия.[10]

Отношение к птихографии

В отличие от подпихографии Фурье, (обычная) подпихография меняет роль элемента фокуса с цель стать конденсатор, и полагается на приобретение дифрактограммы с разнообразием положения освещения. Однако оба метода основаны на определении угловой спектр объекта через поиск фазы процедура,[11] и по сути восстановить ту же информацию. Таким образом, фурье-птихография и традиционная птихография обеспечивают мост между когерентная дифракционная визуализация и полнопольная микроскопия.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Г. Чжэн, Р. Хорстмайер и К. Ян (2013). «Широкопольная фурье-психологическая микроскопия высокого разрешения». Природа Фотоника. 7 (9): 739–745. arXiv:1405.0226. Bibcode:2013НаФо ... 7..739Z. Дои:10.1038 / nphoton.2013.187. ЧВК  4169052. PMID  25243016.
  2. ^ Ага, Ли-Хао; Донг, Джонатан; Чжун, Цзиншань; Тиан, Лэй; Чен, Майкл; Тан, Гунго; Солтанолкотаби, Махди; Уоллер, Лаура (2015). «Экспериментальная надежность алгоритмов восстановления фазы фурье-психографии». Оптика Экспресс. 23 (26): 33214–40. arXiv:1511.02986. Дои:10.1364 / OE.23.033214. PMID  26831989. S2CID  11235911.
  3. ^ Хорстмейер, Рорк; Чен, Ричард Й .; Оу, Сяоцзе; Эймс, Брендан; Тропп, Джоэл А .; Ян, Чанхуэй (2015). «Решающая птихография с выпуклой релаксацией». Новый журнал физики. 17 (5): 053044. Дои:10.1088/1367-2630/17/5/053044. ЧВК  4486359. PMID  26146480.
  4. ^ Фолкнер, Х. М. Л .; Роденбург, Дж. М. (2004). "Просвечивающая микроскопия без линз с подвижной апертурой: новый алгоритм поиска фазы". Письма с физическими проверками. 93 (2): 023903. Дои:10.1103 / PhysRevLett.93.023903. PMID  15323918.
  5. ^ Роденбург, Дж. М .; Фолкнер, Х. М. Л. (2004). «Алгоритм восстановления фазы для сдвига освещения». Письма по прикладной физике. 85 (20): 4795–4797. Bibcode:2004АпФЛ..85.4795Р. Дои:10.1063/1.1823034. ISSN  0003-6951.
  6. ^ Дева, Андрей М .; Роденбург, Джон М. (2009). «Усовершенствованный алгоритм поиска фазовой фазы для дифракционной визуализации». Ультрамикроскопия. 109 (10): 1256–1262. Дои:10.1016 / j.ultramic.2009.05.012. ISSN  0304-3991. PMID  19541420.
  7. ^ Дева, А. М .; Хамфри, М. Дж .; Роденбург, Дж. М. (2012). «Птихографическая просвечивающая микроскопия в трех измерениях с использованием многосрезового подхода». JOSA A. 29 (8): 1606–1614. Bibcode:2012JOSAA..29.1606M. Дои:10.1364 / JOSAA.29.001606. ISSN  1520-8532. PMID  23201876.
  8. ^ Оу, Сяоцзе; Чжэн, Гоань; Ян, Чанхуэй (2014). «Восстановление функции встроенного зрачка для фурье-психологической микроскопии». Оптика Экспресс. 22 (5): 4960–72. Дои:10.1364 / OE.22.004960. ЧВК  4086333. PMID  24663835.
  9. ^ Хорстмейер; и другие. (2016). «Дифракционная томография с фурье-подпихографией». Optica. 3 (8): 827–835. Дои:10.1364 / OPTICA.3.000827. ЧВК  5521281. PMID  28736737.
  10. ^ Оу, Сяоцзе; Хорстмейер, Рорк; Чжэн, Гоань; Ян, Чанхуэй (2015). «Птихография Фурье с высокой числовой апертурой: принцип, реализация и характеристика». Оптика Экспресс. 23 (3): 3472–91. Дои:10.1364 / OE.23.003472. ЧВК  5802253. PMID  25836203.
  11. ^ Хорстмейер; и другие. (2014). "Модель фазового пространства Фурье-психологической микроскопии Рорка". Оптика Экспресс. 22 (1): 338–358. Дои:10.1364 / OE.22.000338. ЧВК  3926543. PMID  24514995.