Птихография Фурье - это метод компьютерной визуализации, основанный на оптической микроскопии , заключающийся в синтезе более широкой числовой апертуры из набора полнопольных изображений, полученных при различных углах когерентного освещения [1], что приводит к увеличению разрешения по сравнению с обычным микроскопом .
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 разрешением, ограниченным дифракцией , в результате чего получается произведение с высокой пропускной способностью пространства .
Психография Фурье восстанавливает сложное изображение объекта (с количественной информацией о фазе ), но, в отличие от голографии , это неинтерферометрический метод визуализации, и поэтому его часто проще реализовать.
Название «птихография» происходит от древнегреческого слова πτυχή («складывать», также встречается в слове « триптих» ), потому что техника основана на множественных «взглядах» на объект.
Алгоритмы реконструкции изображений
Алгоритмы реконструкции изображения основаны на итерационном поиска фазы , [2] либо связаны с алгоритмом Гершберга-Сакстоном или на основе выпуклых методов релаксации. [3] Как и в реальной космической пихографии , решение фазовой проблемы основывается на том же математическом ограничении инвариантности сдвига, за исключением того, что в фурье-тихографии это дифракционная картина в задней фокальной плоскости, которая движется относительно апертуры задней фокальной плоскости . (В традиционной птихографии освещение перемещается по отношению к образцу.) Многие алгоритмы реконструкции, используемые в подпихографии в реальном пространстве , поэтому используются в фурье-подпихографии, чаще всего PIE [4] [5] и ее вариантах, таких как ePIE [6] и 3PIE. [7] Варианты этих алгоритмов позволяют одновременно восстанавливать функцию зрачка оптической системы [8], позволяя корректировать аберрации объектива микроскопа , и дифракционную томографию [9], которая позволяет выполнять трехмерную реконструкцию тонких образцов объектов. без необходимости сканирования образца под углом, необходимого для компьютерной томографии .
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 темнопольных изображений в реконструкцию). .)
Основным преимуществом фурье-птихографии является возможность использовать объектив микроскопа с меньшей числовой апертурой без ущерба для разрешения. Использование более низкой числовой апертуры обеспечивает большее поле зрения , большую глубину резкости и большее рабочее расстояние. Кроме того, он обеспечивает эффективную числовую апертуру больше 1, не прибегая к погружению в масло . [10]
Отношение к птихографии
В отличие от подпихографии Фурье, (обычная) подпихография меняет роль фокусирующего элемента с объектива на конденсатор и полагается на получение дифрактограмм с разнесением положения освещения. Однако оба эти 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-тихография и традиционная птихография обеспечивают мост между когерентной дифракционной визуализацией и полнопольной микроскопией .
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Г. Чжэн, Р. Хорстмейер и К. Ян (2013). «Широкопольная фурье-психологическая микроскопия с высоким разрешением» . Природа Фотоника . 7 (9): 739–745. arXiv : 1405.0226 . Bibcode : 2013NaPho ... 7..739Z . DOI : 10.1038 / nphoton.2013.187 . PMC 4169052 . PMID 25243016 .
- ^ Да, 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 . DOI : 10,1364 / OE.23.033214 . PMID 26831989 . S2CID 11235911 .
- ^ 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. DOI : 10,1088 / 1367-2630 / 17/5/053044 . PMC 4486359 . PMID 26146480 .
- ^ Фолкнер, HML; Роденбург, JM (2004). "Просвечивающая микроскопия без линз с подвижной апертурой: новый алгоритм поиска фазы". Письма с физическим обзором . 93 (2): 023903. DOI : 10,1103 / PhysRevLett.93.023903 . PMID 15323918 .
- ^ Роденбург, JM; Фолкнер, HML (2004). «Алгоритм восстановления фазы для сдвига освещения». Письма по прикладной физике . 85 (20): 4795–4797. Bibcode : 2004ApPhL..85.4795R . DOI : 10.1063 / 1.1823034 . ISSN 0003-6951 .
- ^ Дева, Андрей М .; Роденбург, Джон М. (2009). «Усовершенствованный алгоритм фазографического поиска для дифракционной визуализации». Ультрамикроскопия . 109 (10): 1256–1262. DOI : 10.1016 / j.ultramic.2009.05.012 . ISSN 0304-3991 . PMID 19541420 .
- ^ Снегурочка, AM; Хамфри, MJ; Роденбург, Дж. М. (2012). «Птихографическая просвечивающая микроскопия в трех измерениях с использованием многосрезового подхода». JOSA . 29 (8): 1606–1614. Bibcode : 2012JOSAA..29.1606M . DOI : 10.1364 / JOSAA.29.001606 . ISSN 1520-8532 . PMID 23201876 .
- ^ Оу, Сяоцзе; Чжэн, Гоань; Ян, Чанхуэй (2014). «Восстановление функции встроенного зрачка для фурье-психологической микроскопии» . Оптика Экспресс . 22 (5): 4960–72. DOI : 10,1364 / OE.22.004960 . PMC 4086333 . PMID 24663835 .
- ^ Хорстмейер; и другие. (2016). «Дифракционная томография с фурье-птихографией» . Optica . 3 (8): 827–835. DOI : 10.1364 / OPTICA.3.000827 . PMC 5521281 . PMID 28736737 .
- ^ 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. DOI : 10,1364 / OE.23.003472 . PMC 5802253 . PMID 25836203 .
- ^ Хорстмейер; и другие. (2014). "Модель фазового пространства Фурье-психологической микроскопии Рорка" . Оптика Экспресс . 22 (1): 338–358. DOI : 10,1364 / OE.22.000338 . PMC 3926543 . PMID 24514995 .