CN111781733A - 基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像方法和装置 - Google Patents

基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像方法和装置 Download PDF

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CN111781733A
CN111781733A CN202010516194.6A CN202010516194A CN111781733A CN 111781733 A CN111781733 A CN 111781733A CN 202010516194 A CN202010516194 A CN 202010516194A CN 111781733 A CN111781733 A CN 111781733A
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边丽蘅
李萌
张军
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Abstract

本申请提出一种基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像方法和装置，其中，方法包括：获取多张照明图案；将多张照明图案加载到空间光调制器上，对样本光场进行多次调制；在多次调制的过程中，利用二维探测器同步采集多张观测样本的傅里叶光强图像；利用相位恢复算法对多张傅里叶光强图像和多张照明图案进行处理，重建多层样本的复数域信息。由此，无需机械移动即可对整视场的多层复数域成像，无需光波干涉采集，光路简单，通用性强，对成像系统的稳定性要求较低。

Description

基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像方法和装置
技术领域
本申请涉及计算摄像学技术领域，尤其涉及一种基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像方法和装置。
背景技术
叠层成像(ptychograph)是一种新兴的非干涉复数域成像技术，该技术利用探针光束照射样本，每次移动探针或样本时被照明区域存在部分重叠，记录不同相对位置处远场的衍射强度图案，并利用相位恢复算法寻找样本在重叠扫描模式下满足多张衍射图案约束的唯一复数解。由于其具有不受样品尺寸限制、成像分辨率高等优良性能，叠层成像技术在光学、材料、和生物医学等领域的大量应用中发挥了重要作用。
目前的叠层成像技术多为透射式，探针光束需要穿透样本进行成像。为了通过样本的照度函数和透射函数的乘积精确地估计出出射波，叠层成像技术要求样本足够薄，即在可见光波段微米级的分辨率下，样本厚度被限制在数十微米内。而当样本厚度超过此限制时，乘法近似假设将失效，并且利用常规的相位恢复算法无法得到精确的重建结果。这对于厚样本或多层样本的成像提出了挑战。
近年来，Maiden等提出了一种能够重建厚样本的复数域信息的三维叠层迭代算法(three-dimensional ptychographic iterative engine，3PIE)。该方法通过计算将一个厚样本沿光传播方向分成多层薄样本，每层薄样本都可以使用乘法近似形成其出射波，利用改进的相位恢复算法可以将每一层薄样本的复振幅信息重建出来。然而，相比于二维的叠层成像，随着样本厚度或样本层数的增加，该技术所需的冗余信息增加，因此基于重叠扫描的实验难度大大增加，成像记录时间增长，采集效率低下，对于成像系统的稳定性提出了更高要求。如何减小多层复数域成像的实验难度，已成为亟待研究的重要需求。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的一个目的在于提出一种基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像方法，无需机械移动即可对整视场的多层复数域成像，无需光波干涉采集，光路简单，通用性强，对成像系统的稳定性要求较低。
本申请的另一个目的在于提出一种基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像装置。
本申请一方面实施例提出了一种基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像方法，包括：
获取多张照明图案；
将多张照明图案加载到空间光调制器上，对样本光场进行多次调制；
在多次调制的过程中，利用二维探测器同步采集多张观测样本的傅里叶光强图像；
利用相位恢复算法对多张傅里叶光强图像和多张照明图案进行处理，重建多层样本的复数域信息。
本申请另一方面实施例提出了一种基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像装置，包括：
第一获取模块，用于获取多张照明图案；
调制模块，用于将多张照明图案加载到空间光调制器上，对样本光场进将行多次调制；
采集模块，用于在多次调制的过程中，利用二维探测器同步采集多张观测样本的傅里叶光强图像；
处理模块，用于利用相位恢复算法对多张傅里叶光强图像和所述多张照明图案进行处理，重建多层样本的复数域信息。
本申请实施例所提供的技术方案可以包含如下的有益效果：
通过获取多张照明图案；将多张照明图案加载到空间光调制器上，对样本光场进行多次调制；在多次调制的过程中，利用二维探测器同步采集多张观测样本的傅里叶光强图像；利用相位恢复算法对多张傅里叶光强图像和多张照明图案进行处理，重建多层样本的复数域信息。由此，无需机械移动即可对整视场的多层复数域成像，无需光波干涉采集，光路简单，通用性强，对成像系统的稳定性要求较低。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例所提供的一种基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像方法的流程示意图；
图2为本申请实施例所提供的基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像系统的光路示意图；
图3为本申请实施例所提供的照明图案示意图；
图4为本申请实施例所提供的相位恢复算法流程图；
图5为本申请实施例所提供的基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参照附图描述本申请实施例的基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像方法和装置。
图1为本申请实施例所提供的一种基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像的流程示意图。
如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤101，获取多张照明图案。
在本申请的一个实施例中，在获取多张照明图案之前，还包括：获取空间光调制器、多层样本、二维探测器、光源和透镜，根据空间光调制器、多层样本、二维探测器、光源和透镜搭建多层复数域成像光路。
具体地，光源包括但不限于激光光源等相干光源，空间光调制器包括但不限于DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜器件)、LCD-SLM(Liquid Crystal Display-Spatial Light Modulator，液晶空间光调制器)和LCOS-SLM(Liquid Crystal OnSilicon-Spatial Light Modulator，硅基液晶空间光调制器)中的一种或者多种；多层样本为M层薄样本或由M层薄样本组成的厚样本；二维探测器包括但不限于CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)相机；二维探测器放置在远场或所述透镜的焦平面上，以确保二维探测器所在平面为最后一层样本的光学傅里叶平面。
进一步地，照明图案包括但不限于随机二值化图案、随机灰度图案、正弦图案、哈达玛图案中的一种或者多种。
步骤102，将多张照明图案加载到空间光调制器上，对样本光场进行多次调制。
其中，在多次调制的过程中，使用幅度调制，和/或，相位调制。
步骤103，在多次调制的过程中，利用二维探测器同步采集多张观测样本的傅里叶光强图像。
在本申请的一个实施例中，多层样本为M层样本，在多次调制的过程中，傅里叶光强图像的数学模型为：
Figure BDA0002530217720000041
其中，
Figure BDA0002530217720000042
表示第m层样本，
Figure BDA0002530217720000043
为第k个照明图案，
Figure BDA0002530217720000044
表示Δzn距离上的角谱传播，Δzm为第m层和第m+1层样本之间的距离，
Figure BDA0002530217720000045
为二维傅里叶变换，
Figure BDA0002530217720000046
为相机采集的对应于第k个调制图案的傅里叶光强图像。
步骤104，利用相位恢复算法对多张傅里叶光强图像和多张照明图案进行处理，重建多层样本的复数域信息。
在本申请的一个实施例中，利用相位恢复算法对多张傅里叶光强图像和多张照明图案进行处理，重建多层样本的复数域信息，包括：
a)以全1初值初始化样本Om的估计值得到
Figure BDA0002530217720000047
b)用一个照明图案Pk和第1层样本的估计值相乘，计算经过空间光调制后第1层样本平面的波前
Figure BDA0002530217720000048
c)将波前
Figure BDA0002530217720000049
传播Δz1距离，得到入射到第2层样本的波前
Figure BDA00025302177200000410
Figure BDA00025302177200000411
d)将入射到第2层样本的波前与第2层样本相乘，得到从第2层样本出射的波前
Figure BDA00025302177200000412
并将从第2层样本出射的波前传播Δz2距离，得到入射到第3层样本的波前
Figure BDA00025302177200000413
e)继续进行以上传播过程，直至得到从最后一层样本出射的波前
Figure BDA00025302177200000414
f)将从最后一层样本出射的波前
Figure BDA00025302177200000415
传播至其光学傅里叶平面，得到光学傅里叶平面的波前
Figure BDA00025302177200000416
g)用傅里叶光强图像Ik对计算出的光学傅里叶平面波前进行约束，即用Ik替换傅里叶平面波前
Figure BDA00025302177200000417
的幅度并保持其相位不变：
Figure BDA00025302177200000418
h)通过逆傅里叶变换更新最后一层样本平面的出射波前：
Figure BDA00025302177200000419
i)更新最后一层样本的入射波前和最后一层样本OM：
Figure BDA00025302177200000420
Figure BDA0002530217720000051
其中，
Figure BDA0002530217720000052
α为学习率；
j)将最后一层样本的入射波前反向传播，更新第M-1层样本的出射波前：
Figure BDA0002530217720000053
k)更新第M-1层样本的入射波前和第M-1层样本OM-1：
Figure BDA0002530217720000054
Figure BDA0002530217720000055
其中，
Figure BDA0002530217720000056
l)重复步骤j)-k)，直到更新完第1层样本的出射波前得到
Figure BDA0002530217720000057
m)更新第1层样本O1：
Figure BDA0002530217720000058
其中，
Figure BDA0002530217720000059
o)将各层样本的重建结果
Figure BDA00025302177200000510
作为下一次迭代的输入值
Figure BDA00025302177200000511
重复步骤b)-m)，对于K张傅里叶光强图像依次进行各层样本的更新，并且重复步骤b)-n)直至收敛，收敛条件为相邻两次迭代的重建结果
Figure BDA00025302177200000512
和
Figure BDA00025302177200000513
之间的差异小于一个特定的阈值。
图2为本申请实施例所提供的基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像系统的光路示意图。
如图2所示，该光路基于相干衍射成像框架。具体地，采用的光源为激光光源；空间光调制器为数字微镜器件(DMD)；样本为M层距离很近的薄样本或可以被视为由M层样本组成的厚样本；二维探测器采用互补金属氧化物半导体(CMOS)相机，相机放置在远场或透镜的焦平面上，以确保相机所在平面为最后一层样本的光学傅里叶平面。
图3为本申请实施例所提供的照明图案示意图。
利用计算机产生多张照明图案，将多张照明图案加载到空间光调制器上，对样本光场进行多次调制。本申请中的照明图案包括但不限于随机灰度图案、随机二值化图案、正弦图案、哈达玛图案等随机图案。上述照明图案的示意图如图3所示。空间光调制可以为幅度调制和相位调制。
具体地，在本发明的一个实施例中，所用的空间光调制为幅度调制，照明图案采用随机二值化图案。
在本发明的一个实施例中，相机记录的图像为照明图案与多层样本传播作用后在光学傅里叶平面上的光强图像。对于一个M层样本，其成像的数学模型可以表示为：
Figure BDA0002530217720000061
其中，
Figure BDA0002530217720000062
表示第m层样本，
Figure BDA0002530217720000063
为第k个照明图案，
Figure BDA0002530217720000064
表示Δzn距离上的角谱传播，Δzm为第m层和第m+1层样本之间的距离，
Figure BDA0002530217720000065
为二维傅里叶变换，
Figure BDA0002530217720000066
为相机采集的对应于第k个调制图案的傅里叶光强图像。
本申请利用相位恢复算法中的3PIE算法对多层样本的复数域信息进行重建，如图4所示，具体地，为了从K张光学傅里叶平面的光强图像I_k中重建样本O_m，重建过程包括以下步骤：
a)以全1初值初始化样本Om的估计值得到
Figure BDA0002530217720000067
b)用一个照明图案Pk和第1层样本的估计值相乘，计算经过空间光调制后第1层样本平面的波前
Figure BDA0002530217720000068
c)将波前
Figure BDA0002530217720000069
传播Δz1距离，得到入射到第2层样本的波前
Figure BDA00025302177200000610
Figure BDA00025302177200000611
d)将入射到第2层样本的波前与第2层样本相乘，得到从第2层样本出射的波前
Figure BDA00025302177200000612
并将从第2层样本出射的波前传播Δz2距离，得到入射到第3层样本的波前
Figure BDA00025302177200000613
e)继续进行以上传播过程，直至得到从最后一层样本出射的波前
Figure BDA00025302177200000614
f)将从最后一层样本出射的波前
Figure BDA00025302177200000615
传播至其光学傅里叶平面，得到光学傅里叶平面的波前
Figure BDA00025302177200000616
g)用傅里叶光强图像Ik对计算出的光学傅里叶平面波前进行约束，即用Ik替换傅里叶平面波前
Figure BDA00025302177200000617
的幅度并保持其相位不变：
Figure BDA00025302177200000618
h)通过逆傅里叶变换更新最后一层样本平面的出射波前：
Figure BDA00025302177200000619
i)更新最后一层样本的入射波前和最后一层样本OM：
Figure BDA00025302177200000620
Figure BDA0002530217720000071
其中，
Figure BDA0002530217720000072
α为学习率；
j)将最后一层样本的入射波前反向传播，更新第M-1层样本的出射波前：
Figure BDA0002530217720000073
k)更新第M-1层样本的入射波前和第M-1层样本OM-1：
Figure BDA0002530217720000074
Figure BDA0002530217720000075
其中，
Figure BDA0002530217720000076
l)重复步骤j)-k)，直到更新完第1层样本的出射波前得到
Figure BDA0002530217720000077
m)更新第1层样本O1：
Figure BDA0002530217720000078
其中，
Figure BDA0002530217720000079
p)将各层样本的重建结果
Figure BDA00025302177200000710
作为下一次迭代的输入值
Figure BDA00025302177200000711
重复步骤b)-m)，对于K张傅里叶光强图像依次进行各层样本的更新，并且重复步骤b)-n)直至收敛，收敛条件为相邻两次迭代的重建结果
Figure BDA00025302177200000712
和
Figure BDA00025302177200000713
之间的差异小于一个特定的阈值。
图5为本申请实施例所提供的基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像装置的结构示意图。
如图5所示，该装置包括：第一获取模块501、调制模块502、采集模块503和处理模块504。
第一获取模块501，用于获取多张照明图案。
调制模块502，用于将多张照明图案加载到空间光调制器上，对样本光场进将行多次调制。
采集模块503，用于在多次调制的过程中，利用二维探测器同步采集多张观测样本的傅里叶光强图像。
处理模块504，用于利用相位恢复算法对多张傅里叶光强图像和多张照明图案进行处理，重建多层样本的复数域信息。
进一步地，在本申请实施例的一种可能的实现方式中，还包括：
第二获取模块，用于获取空间光调制器、多层样本、二维探测器、光源和透镜，根据空间光调制器、多层样本、二维探测器、光源和透镜搭建多层复数域成像光路。
计算模块，用于利用相位恢复算法对多张傅里叶光强图像和多张照明图案进行处理，重建多层样本的复数域信息。
进一步地，在本申请实施例的一种可能的实现方式中，在多次调制的过程中，使用幅度调制，和/或，相位调制。
本申请实施例的基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像装置，通过获取多张照明图案；将多张照明图案加载到空间光调制器上，对样本光场进行多次调制；在多次调制的过程中，利用二维探测器同步采集多张观测样本的傅里叶光强图像；利用相位恢复算法对多张傅里叶光强图像和多张照明图案进行处理，重建多层样本的复数域信息。由此，无需机械移动即可对整视场的多层复数域成像，无需光波干涉采集，光路简单，通用性强，对成像系统的稳定性要求较低。
为了实现上述实施例，本申请实施例提出了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如前述终端设备执行方法实施例所述的基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像方法。
为了实现上述实施例，本申请实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现前述方法实施例所述的基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像方法。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取多张照明图案；
将所述多张照明图案加载到空间光调制器上，对样本光场进行多次调制；
在所述多次调制的过程中，利用二维探测器同步采集多张观测样本的傅里叶光强图像；
利用相位恢复算法对多张傅里叶光强图像和所述多张照明图案进行处理，重建多层样本的复数域信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取所述获取多张照明图案之前，还包括：
获取所述空间光调制器、多层样本、所述二维探测器、光源和透镜；
根据所述空间光调制器、所述多层样本、所述二维探测器、所述光源和所述透镜搭建多层复数域成像光路。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述光源为相干光源；
所述空间光调制器包括但不限于DMD数字微镜器件、LCD-SLM液晶空间光调制器和LCOS-SLM硅基液晶空间光调制器中的一种或者多种；
所述多层样本为M层薄样本或由M层薄样本组成的厚样本；
所述二维探测器包括但不限于CCD电荷耦合元件、CMOS互补金属氧化物半导体相机；
所述二维探测器放置在远场或所述透镜的焦平面上，以确保所述二维探测器所在平面为最后一层样本的光学傅里叶平面。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述照明图案包括但不限于随机二值化图案、随机灰度图案、正弦图案、哈达玛图案中的一种或者多种。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
在所述多次调制的过程中，使用幅度调制，和/或，相位调制。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多层样本为M层样本，在所述多次调制的过程中，所述傅里叶光强图像的数学模型为：
Figure FDA0002530217710000011
其中，
Figure FDA0002530217710000012
表示第m层样本，
Figure FDA0002530217710000013
为第k个照明图案，
Figure FDA0002530217710000014
表示Δzn距离上的角谱传播，Δzm为第m层和第m+1层样本之间的距离，
Figure FDA0002530217710000015
为二维傅里叶变换，
Figure FDA0002530217710000016
为相机采集的对应于第k个调制图案的傅里叶光强图像。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用相位恢复算法对多张傅里叶光强图像和所述多张照明图案进行处理，重建多层样本的复数域信息，包括：
a)以全1初值初始化样本Om的估计值得到
Figure FDA0002530217710000021
b)用一个照明图案Pk和第1层样本的估计值相乘，计算经过空间光调制后第1层样本平面的波前
Figure FDA0002530217710000022
c)将波前
Figure FDA0002530217710000023
传播Δz1距离，得到入射到第2层样本的波前
Figure FDA0002530217710000024
Figure FDA0002530217710000025
d)将入射到第2层样本的波前与第2层样本相乘，得到从第2层样本出射的波前
Figure FDA0002530217710000026
并将从第2层样本出射的波前传播Δz2距离，得到入射到第3层样本的波前
Figure FDA0002530217710000027
e)继续进行以上传播过程，直至得到从最后一层样本出射的波前
Figure FDA0002530217710000028
f)将从最后一层样本出射的波前
Figure FDA0002530217710000029
传播至其光学傅里叶平面，得到光学傅里叶平面的波前
Figure FDA00025302177100000210
g)用傅里叶光强图像Ik对计算出的光学傅里叶平面波前进行约束，即用Ik替换傅里叶平面波前
Figure FDA00025302177100000211
的幅度并保持其相位不变：
Figure FDA00025302177100000212
h)通过逆傅里叶变换更新最后一层样本平面的出射波前：
Figure FDA00025302177100000213
i)更新最后一层样本的入射波前和最后一层样本OM：
Figure FDA00025302177100000214
Figure FDA00025302177100000215
其中，
Figure FDA00025302177100000216
α为学习率；
j)将最后一层样本的入射波前反向传播，更新第M-1层样本的出射波前：
Figure FDA00025302177100000217
k)更新第M-1层样本的入射波前和第M-1层样本OM-1：
Figure FDA00025302177100000218
Figure FDA0002530217710000031
其中，
Figure FDA0002530217710000032
l)重复步骤j)-k)，直到更新完第1层样本的出射波前得到
Figure FDA0002530217710000033
m)更新第1层样本O1：
Figure FDA0002530217710000034
其中，
Figure FDA0002530217710000035
n)将各层样本的重建结果
Figure FDA0002530217710000036
作为下一次迭代的输入值
Figure FDA0002530217710000037
重复步骤b)-m)，对于K张傅里叶光强图像依次进行各层样本的更新，并且重复步骤b)-n)直至收敛，收敛条件为相邻两次迭代的重建结果
Figure FDA0002530217710000038
和
Figure FDA0002530217710000039
之间的差异小于一个特定的阈值。
8.一种基于光波调制和相位恢复的多层复数域成像装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取多张照明图案；
调制模块，用于将所述多张照明图案加载到空间光调制器上，对样本光场进将行多次调制；
采集模块，用于在所述多次调制的过程中，利用二维探测器同步采集多张观测样本的傅里叶光强图像；
处理模块，用于利用相位恢复算法对多张傅里叶光强图像和所述多张照明图案进行处理，重建多层样本的复数域信息。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：
第二获取模块，用于获取所述空间光调制器、多层样本、所述二维探测器、光源和透镜，根据所述空间光调制器、所述多层样本、所述二维探测器、所述光源和所述透镜搭建多层复数域成像光路；
计算模块，用于利用相位恢复算法对多张傅里叶光强图像和所述多张照明图案进行处理，重建多层样本的复数域信息。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，
在所述多次调制的过程中，使用幅度调制，和/或，相位调制。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114187176A (zh) * 2021-11-19 2022-03-15 北京理工大学 一种去除振幅和相位混叠的复数域成像方法和系统
CN115984120A (zh) * 2022-10-30 2023-04-18 华南农业大学 叠层成像中物体片层透射函数的恢复方法、装置和存储介质
WO2023097850A1 (zh) * 2021-12-03 2023-06-08 浙江水晶光电科技股份有限公司 衍射光学元件及其制备方法、母版衍射图案的设计方法
CN114187176B (zh) * 2021-11-19 2024-06-07 北京理工大学 一种去除振幅和相位混叠的复数域成像方法和系统

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106679586A (zh) * 2016-11-23 2017-05-17 南京理工大学 基于入瞳扫描调制ePIE相位恢复算法
CN107241550A (zh) * 2017-06-26 2017-10-10 清华大学 基于时分复用的快速单像素频域成像方法
CN107580164A (zh) * 2017-09-11 2018-01-12 陕西美星恒祺新能源科技有限公司 一种单次测量的压缩感知超分辨率成像系统及其成像方法
US20180088309A1 (en) * 2012-10-30 2018-03-29 California Institute Of Technology Embedded pupil function recovery for fourier ptychographic imaging devices
US9993149B2 (en) * 2015-03-25 2018-06-12 California Institute Of Technology Fourier ptychographic retinal imaging methods and systems
CN108227233A (zh) * 2017-12-27 2018-06-29 清华大学 基于光片结构光的显微层析超分辨率成像方法及系统
CN108288255A (zh) * 2018-01-26 2018-07-17 中国科学院广州生物医药与健康研究院 一种相位恢复方法、装置及系统
WO2018167786A1 (en) * 2017-03-13 2018-09-20 Technion Research And Development Foundation Ltd. Ptychography based system and method
US20180307017A1 (en) * 2013-07-31 2018-10-25 California Institute Of Technology Aperture scanning fourier ptychographic imaging
CN109474554A (zh) * 2018-10-11 2019-03-15 锐捷网络股份有限公司 一种pr-ask调制方法及装置
CN109785266A (zh) * 2019-01-17 2019-05-21 哈尔滨工业大学 基于空间光调制器的single-shot叠层相位恢复技术
CN110132175A (zh) * 2019-05-30 2019-08-16 北京理工大学 基于幅度调制的单像素相位成像方法和装置
CN110286482A (zh) * 2019-05-24 2019-09-27 北京理工大学 一种分组式傅里叶叠层显微重建方法
CN110855866A (zh) * 2019-11-21 2020-02-28 江苏科技大学 一种无ccd位移装置的高分辨错位叠层成像装置
CN110942423A (zh) * 2019-10-08 2020-03-31 杭州电子科技大学 一种基于傅里叶叠层成像的远场超分辨率重建方法
CN111047681A (zh) * 2019-11-07 2020-04-21 北京理工大学 基于深度学习的单像素三维端到端重建方法及装置

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180088309A1 (en) * 2012-10-30 2018-03-29 California Institute Of Technology Embedded pupil function recovery for fourier ptychographic imaging devices
US20180307017A1 (en) * 2013-07-31 2018-10-25 California Institute Of Technology Aperture scanning fourier ptychographic imaging
US9993149B2 (en) * 2015-03-25 2018-06-12 California Institute Of Technology Fourier ptychographic retinal imaging methods and systems
CN106679586A (zh) * 2016-11-23 2017-05-17 南京理工大学 基于入瞳扫描调制ePIE相位恢复算法
WO2018167786A1 (en) * 2017-03-13 2018-09-20 Technion Research And Development Foundation Ltd. Ptychography based system and method
CN107241550A (zh) * 2017-06-26 2017-10-10 清华大学 基于时分复用的快速单像素频域成像方法
CN107580164A (zh) * 2017-09-11 2018-01-12 陕西美星恒祺新能源科技有限公司 一种单次测量的压缩感知超分辨率成像系统及其成像方法
CN108227233A (zh) * 2017-12-27 2018-06-29 清华大学 基于光片结构光的显微层析超分辨率成像方法及系统
CN108288255A (zh) * 2018-01-26 2018-07-17 中国科学院广州生物医药与健康研究院 一种相位恢复方法、装置及系统
CN109474554A (zh) * 2018-10-11 2019-03-15 锐捷网络股份有限公司 一种pr-ask调制方法及装置
CN109785266A (zh) * 2019-01-17 2019-05-21 哈尔滨工业大学 基于空间光调制器的single-shot叠层相位恢复技术
CN110286482A (zh) * 2019-05-24 2019-09-27 北京理工大学 一种分组式傅里叶叠层显微重建方法
CN110132175A (zh) * 2019-05-30 2019-08-16 北京理工大学 基于幅度调制的单像素相位成像方法和装置
CN110942423A (zh) * 2019-10-08 2020-03-31 杭州电子科技大学 一种基于傅里叶叠层成像的远场超分辨率重建方法
CN111047681A (zh) * 2019-11-07 2020-04-21 北京理工大学 基于深度学习的单像素三维端到端重建方法及装置
CN110855866A (zh) * 2019-11-21 2020-02-28 江苏科技大学 一种无ccd位移装置的高分辨错位叠层成像装置

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AM MAIDEN ET AL.: "Ptychographic transmission microscopy in three-dimensions using a multi-slice approach", 《JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA A》 *
DAYONG WANG ET AL.: "Multi-layered full-field phase imaging using continuous-wave terahertz ptychography", 《OPTICS LETTERS》 *
FUCAI ZHANG ET AL.: "Phase retrieval by coherent modulation imaging", 《NATURE COMMUNICATIONS》 *
WOUTER VAN DEN BROEK ET AL.: "Method for Retrieval of the Three-Dimensional Object Potential by Inversion of Dynamical Electron Scattering", 《PHYSICAL REVIEW LETTERS》 *
李昭慧: "叠层成像技术成像机制的理论分析与实验研究", 《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》 *
潘安 等: "厚样品三维叠层衍射成像的实验研究", 《物理学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114187176A (zh) * 2021-11-19 2022-03-15 北京理工大学 一种去除振幅和相位混叠的复数域成像方法和系统
CN114187176B (zh) * 2021-11-19 2024-06-07 北京理工大学 一种去除振幅和相位混叠的复数域成像方法和系统
WO2023097850A1 (zh) * 2021-12-03 2023-06-08 浙江水晶光电科技股份有限公司 衍射光学元件及其制备方法、母版衍射图案的设计方法
CN115984120A (zh) * 2022-10-30 2023-04-18 华南农业大学 叠层成像中物体片层透射函数的恢复方法、装置和存储介质
CN115984120B (zh) * 2022-10-30 2024-02-02 华南农业大学 叠层成像中物体片层透射函数的恢复方法、装置和存储介质

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