北理工團隊在傅里葉疊層顯微成像像差校正方面取得新進展


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近日,北京理工大學許廷發教授科研團隊在傅里葉疊層顯微成像像差校正方面取得新進展,相關研究成果以“基於疊層衍射成像的傅里葉顯微像差校正方法”為題發表在光學領域的《光學學報》上,並被選為光學學報第41卷第10期封面文章。

《光學學報》是中國科學院上海光學精密機械研究所與中國光學學會主辦,中國科學技術學會主管。學報主要刊登以光學科研為主體(交叉學科須側重光學領域),有廣闊研究前景、具有國內外領先水平或獨創意義的學術論文,有一定獨立見解的理論論述,有可靠數據的實驗報道,有科學依據的技術應用,階段性科研成果的實驗快報。該項工作第一作者為北京理工大學碩士研究生張瑾華,通訊作者為北京理工大學許廷發教授。

針對傳統傅里葉疊層顯微成像引入的各種像差,北京理工大學許廷發教授科研團隊提出了一種新穎的基於疊層衍射成像技術的像差校正方法。該方法結合了仿真和實驗驗證,並應用於人體血細胞的顯微成像。主要利用疊層衍射成像技術的優化策略對傅里葉疊層顯微成像重建進行改進。在更新成像過程中的頻譜和光瞳函數時,針對傳統更新策略因僅僅依賴頻譜和光瞳函數最大值而對突變敏感的侷限性,創新性地引入更新因子自適應調控最大值和當前值之間的最佳比例,從而有效避免突變的影響,提高系統成像的清晰程度。將澤尼克多項式係數假定為空間變化的函數,以仿真空間變化的像差,利用提出的方法重建澤尼克多項式係數,並對加載混合像差的仿真圖像以及實際採樣的人體血細胞圖像進行重構。實驗結果表明,本文方法可以準確重建像差係數。此外,重構圖像清晰度顯著提高,可以準確分辨細胞輪廓。加載混和像差的仿真實驗結果如下。圖2 (a)-(c)依次為原始強度圖,相位圖和光瞳函數,(d)-(f)依次為未更新光瞳函數策略的重建結果,(g)-(i)為利用本方法的重建結果。可以看出,在混合像差的影響下,傳統的未更新光瞳函數的重建圖像較為模糊。採用本文光瞳函數更新方法後,圖像重建結果清晰度有明顯提高。

圖2 混合像差仿真圖像重建結果

圖3 人體血細胞圖像重建結果。(a)原始低分辨率圖像;(b)未更新光瞳函數重建結果;(c)本文方法重建強度圖像;(d)本文方法重建光瞳函數

研究成果已在理論和實踐上提高了傅里葉疊層顯微成像的清晰度,能夠為實際應用提供理論依據和指導方法。後續工作將結合深度學習建模傅里葉疊層顯微成像和重建過程,進一步提高顯微成像質量,並推向應用。

封面故事:

//v.xiumi.us/board/v5/4JPN2/291350641

論文鏈接:

//www.opticsjournal.net/Articles/Abstract/gxxb/41/10/1011001.cshtml


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