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点扩散函数(PSF)工程中的应用一、引言2014年诺贝尔化学奖揭晓,美国及德国三位科学家Eric Betzig、Stefan W. Hell和William E. Moerner获奖。获奖理由是“研制出超分辨率荧光显微镜”,从此人们对点扩散函数(PSF) 工程的认识有了显着提高。Moerner 展示了PSF 工程与Meadowlark Optics SLM 的使用案例,用于荧光发射器的超分辨率成像和3D 定位。PSF工程已被证明使显微镜能够使用多种成像模式对样本进行成像,同时以非机械方式在模式之间变化。这允许对具有弱折射率的结构进行成像,以及对相位结构进行定量测量。已证明的成像方式包括:螺旋相 ...
间光调制器在PSF工程中的应用一、引言2014年诺贝尔化学奖揭晓,美国及德国三位科学家Eric Betzig、Stefan W. Hell和William E. Moerner获奖。获奖理由是“研制出超分辨率荧光显微镜”,从此人们对点扩散函数 (PSF) 工程的认识有了显着提高。Moerner 展示了 PSF 工程与 Meadowlark Optics SLM 的使用案例,用于荧光发射器的超分辨率成像和 3D 定位。 PSF工程已被证明使显微镜能够使用多种成像模式对样本进行成像,同时以非机械方式在模式之间变化。这允许对具有弱折射率的结构进行成像,以及对相位结构进行定量测量。 已证明的成像方式包 ...
波光学模型的PSF反褶积。传统线性调频的PSF在横向和轴向尺寸上都是空间变化的,这增加了计算成本,使得重建相当慢,不利于快速观察动态或功能数据。图5傅里叶光场显微镜通过在透镜和微透镜阵列之间插入一个新的光学透镜,首次将光学变换从时域转入傅里叶域(FD),如图6所示。在傅里叶频域光学系统中,所有信号都可以看做不同正弦函数的叠加,因此这一光学透镜的引入可以将入射光波变成不同频率的单色平面波的线性组合,由于不同单色平面光具有不同的系数,即复振幅,因此后焦面上不同坐标的光强分布,对应入射光波分解成的不同频率单色光波的功率,即位置坐标和光的频率是一一对应的。来自中继像面处图像的光场被傅里叶透镜转换为傅里 ...
扩展函数(IPSF)模糊化,该函数增加了拉曼波段的重叠和峰值参数失真。给定额外的测量噪声,用向量n表示,这些关系可以表示为:其中*表示卷积算子,ipsf是向量形式的ipsf。对于扫描光谱,当主要受光学元件影响时,ipsf趋于高斯分布;当主要受狭缝效应影响时,ipsf趋于三角形分布。由于这些影响,对于不同类型分子的复杂混合物,将拉曼波段分配到正确的原始分子类型并确定正确的波段参数值可能很困难。生物细胞和组织样品的拉曼光谱由许多不同大分子组分的散射叠加而成。为了识别单个成分及其相对浓度,需要对这种叠加物进行“分解”。虽然拉曼标记带对特定成分是唯一的,可用于识别和量化,但当大量波段重叠时,这通常是不 ...
点扩展函数(PSF)是激发和其探测 PSF 的乘积。此外,从两个这样的 ISM PSFs 相乘得到的相关对比度实现了进一步的变窄。在对图像进行适当的移动以使其相互重叠之后,这一过程被称为像素重新分配,我们在空间频率域中应用傅立叶重新加权滤波的最后阶段。理论上,最终 SOFISM 图像的 PSF 具有超过衍射极限 4 倍的横向分辨率增强。图C展示了 SOFISM,对相对稀疏的单个 CdSe/CdS/ZnS核/壳/壳量子点(QDs)的样品进行成像。除了由于衍射造成的模糊之外,标准的共焦图像(CLSM)包含大量的噪声,这是由于量子点的发射强度在亮和暗状态(闪烁)之间的波动造成的。生成标准 ISM 图 ...
点扩散函数(PSF)的优化,更重要的是,SPINDLE可在无需扫描的情况下在单张图像中将传统成像系统的景深扩大10倍。在本文中,我们展示了如何将SPINDLE成像系统与传统荧光显微镜结合使用以在所有三个维度(x、y、z)上实现亚衍射极限成像。SPINDLE可与任何高质量的科学相机兼容,无论是EMCCD还是sCMOS都可以提供定位显微镜所需的高信噪比图像。使用SPINDLE和DH-PSF相位掩模版对细胞微管进行三维超分辨成像在本文中,我们证明了使用SPINDLE单通道模块可以实现高精度、大深度的超分辨率重建。如图1所示,使用Double Helix (DH-PSF) 的相位掩模版与SPINDLE ...
扩散函数 (PSF) 没有影响。3.玻璃基板的折射率是多少?答:在 500 nm 波长下,玻璃基板的折射率为 n=1.52。4.使用油浸物镜工作时可能的最高温度是多少?答:我们结合高 NA 物镜 (NA>1.4) 在油浸温度高达 100 °C 的条件下测试了VAHEAT。不建议超过此温度,因为物镜可能会损坏并且浸油会开始分解。五、智能基板1.如何清洁我的智能基板?答:您可以使用乙醇、异丙醇或丙酮等有机溶剂清洁智能基板。您也可以使用 pH 值中性的清洁剂(例如 Extran 或 Hellmanex)。智能基板可承受超声波清洗和氧等离子体处理。请避免使用强酸或强碱。基材与清洁剂接触的时间不应 ...
点扩散函数(PSF)是光学照明点扩散函数和检测点扩散函数的乘积。如图1(b)-(e)所示,与外线照明相比,贝塞尔光束照明有效地降低了z方向PSF的延伸,表明贝塞尔照明可以提高轴向分辨率和背景消除。在贝塞尔束成像中,旁瓣可能是一个问题,但在该照明模式中,入口狭缝减少了旁瓣对成像的影响,因此是实现各向同性空间分辨率的关键因素。但是在贝塞尔照明时,较低的照度物镜NA导致了较低的x方向空间分辨率。在狭缝扫描拉曼显微镜中使用贝塞尔束照明来观察厚的生物样品,并证明了与传统外延线照明拉曼显微镜相比,在观察球体时,图像对比度和实际分辨率的提高。贝塞尔照明和狭缝共聚焦检测相结合的背景还原和各向同性空间分辨率大大 ...
绿色荧光珠的PSF。在较高的温度下,PSF在轴向上的伸长主要是由于浸没油的折射率的变化引起的。d)使用VAHEAT和空气物镜(40×,0.4NA),用共聚焦显微镜从室温到100°C成像珠子的PSF。在没有浸没介质的情况下工作时,球面像差最小。4、快速且可靠(油浸系统)VAHEAT可以让你控制视野内的温度,独立于显微镜物镜的类型或物镜的温度。该系统被设计为独立的单元,不需要对光学设置(如物镜加热器)进行任何额外的修改,以避免在您的视野中出现温度下降。此外,我们的智能基板的特定设计确保了目标的性能即使在更高的温度下也不会改变。5、4种加热模式VAHEAT设有四种加热模式,可根据您的需要进行不同的实 ...
差、MTF、PSF 等等。一、Kaleo Kit的选型只需要3个步骤1.选择您的波前传感器2.选择您的R-cube,波长(nm)3654055306257407808108509401050155039003.调整光束(扩束或者聚焦)二、Kaleo Kit的多重优势多用途• 适用波段从紫外到红外。• 各模块能兼容或者独立使用。• 可用于所有的测量条件: 有限远-有限远, 无限远-有限远...• 同样的模块适用于多种配置。强大的独特技术• 高分辨率。• 可用于大的像差测量。• 消色差,对应所有波段消色差。• 纳米级别测量精度。易用的• 紧凑的。• 易于准直的。• 能快速获取分析结果。三、Kale ...
n (DH-PSF). This network model, referred to as W-Net, is composed of two cascaded generator and discriminator network pairs. The first generator network learns to virtually refocus an input image onto a user-defined plane, while the second generator learns to perform a cross-modality image transform ...
辨率定义为IPSF2的1∕e2点的全宽度:求解NA,在小于0.7的假设下,我们发现0.65NA的物镜足以在1040nm照明光下提供约1μm的空间分辨率。因此,我们选择一个40×∕0.65NA的物镜。基于这个物镜,我们现在选择能够提供所需 FOV 的扫描透镜和套筒透镜Tube Lens。实际上,这相当于选择具有适当 f 数 (f ∕#) 的 Tube Lens。套筒透镜的孔径 (At) 必须足够大,以支持最大扫描角(θmax) 处的照明光束的整个直径。因此,套筒透镜的孔径必须大于或等于光束直径 (Db) 与主光线与光轴的最大位移之和:由于我们上面计算的空间分辨率只有在物镜的后背孔径被完全填充时才 ...
点扩散函数(PSF)。它的傅里叶变换H(u,υ)是光学传递函数(OTF)。OTF与光瞳函数的二维自相关成正比:出于简化考虑,常数比例因子被略掉,这对我们的分析只有很小的影响。尽管如此,OTF在其原点以统一最大值表示。我们注意到,所有的真实光源都是部分相干的。大多数的被动成像是空间不相干的。如前所述,主动成像的特性取决于所用的光源。显微镜、计量、光刻都是理解和控制光源及其相干性特别重要的应用。相干性对成像仪器的响应的影响如图3所示。图3(a),成像系统的一个一维通光孔径由光瞳函数表示。其生成的sinc函数相干响应p(x)见图3(b)。图3(c)和图3(d)分别表示非相干响应的OTF和PSF。图3 ...
点扩散函数(PSF)求解卷积的方法得到一定程度的恢复,从而放宽空间和角度信息之间的权衡要求。当前不足:当前有两个主要因素限制了 LFM 的更广泛应用。首先,LFM 的空间信息的采样模式是不均匀的。特别是在NIP附近,信息的冗余导致重建时产生严重的伪影。其次,体积重建采用波动光学模型的 PSF 解卷积。传统 LFM 的 PSF 在横向和轴向维度上都有空间变化,因此用5D 矩阵描述,该矩阵将 3D 物体投影到 2D 相机平面上。这加剧了计算成本,使得重建相当缓慢,并且对于动态或功能数据的快速观察来说是不切实际的。最近虽然提出了傅立叶成像方案,然而,其光学传播模型并不完善,使得应用范围和成像性能都不 ...
点扩散函数(PSF)有意设计到成像系统中,从而获得如单帧高光谱成像、单帧三维成像这样的能力。在这种情况里,采用多路复用的光学器件通过将物空间中的每一点映射到成像传感器上的分布式模式以将二维和三维信息编码,然后利用解卷积算法从模糊或编码的测量来重建编码的清晰图像或体积。现有的解卷积算法应用场景有限。现今已有多种解卷积算法。经典的有Wiener滤波(属于closed-form方法)、Richardson-Lucy和快速迭代收敛阈值算法(属于迭代优化方法)等。但是现有的解卷积方法往往需要精心挑选的先验信息(如total variation和native sparsity)来提高图像质量。除此之外,这 ...
从左到右)的PSF。水平线表示PSF的垂直位移。c、随机和未知距离处的二维目标重建示例。d、以随机和未知距离重建多层三维目标的示例。附录:a 每根光纤纤芯都具有随机相位延迟,这会增加到耦合波前上并导致光纤输出处的高空间频率干扰。b 根据光记忆效应,弯曲光纤会增加一个整体倾斜到传输波前上。c 使用空间光调制器进行动态数字光学相位共轭 (DOPC) 补偿相位失真。通过在近端光纤侧的SLM上添加菲涅耳透镜的相位结构来执行远端光纤侧的聚焦。d DOE提供聚焦和相位共轭(假设CFB的静态像差并放置在近端光纤面的前面)。e 3D打印的DOE放置在光纤近端面,用于像差校正和聚焦。卷积神经网络(CNN)方案。 ...
为场景函数与PSF函数卷积再加上噪声的结果,这里的PSF函数不再是单个超透镜的PSF,而是多个超透镜一起组合作用而成的PSF。(2)重建。由探测器直接采集到的图像需要经过计算重建方可获得高分辨图像,流程为:直方图拉伸、Richarson-Lucy解卷积、中值滤波。直方图拉伸用于改善图像的对比度。Richarson-Lucy解卷积算法是一种迭代方法,通过假设噪声呈泊松分布,从具有已知PSF的成像系统的模糊图像中恢复潜在高分辨率图像。(3)合成超透镜制造。首先通过等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)将一层600 ...
像传感器组成PSF平移变化的系统,入射到图像传感器上的光强可以看作为入射光场与系统PSF的卷积。图像传感器感知的光强加上其自身的读取噪声,作为图像复原网络(采用UNet架构)的输入。在每一次前向传递过程中,模拟当前光学元件的PSF,并定义一个损失函数(需要Ground Truth图像)。随后,在反向传播过程中,误差被反向传播到DOE和CCA本身,从而实现光学元件本身参数和图像复原网络参数的优化更新。实验结果:参考文献:Henry Arguello, Samuel Pinilla, Yifan Peng, Hayato Ikoma, Jorge Bacca, and Gordon Wetzste ...
:(2) 从PSF到图像。获得点扩散函数以后,图像传感器每一个彩色通道感应的光强可以看作各个波长下图像与点扩散函数的卷积并乘以图像传感器的光谱灵敏曲线的积分。在这里认为PSF是平移不变的,只考虑近轴情况,离轴像差不考虑。(3) 传感器上建模。传感器上接收到的图像建模为每个像素上的积分加上高斯读取噪声。(4) 通过求解一个Tikhonov正则化最小二乘问题重建。当PSF离散化大小与图像传感器像素大小匹配时,像素积分算子S为恒等式,可以在圆形边界条件的简化假设下用维纳滤波以封闭形式解决问题(7),维纳滤波操作为:(5) 端到端优化。优化求解loss函数为:参考文献:Vincent Sitzmann ...
与光学系统的PSF卷积,相机感光加上其本身的噪声得到带噪声的图像,然后利用解卷积算法求得重建图像。作者在成像模型采取了一些特殊操作,使得计算量大大减小。一是对多项式拟合meta-optics的幂用偶数,使得PSF是对称的,从而只要沿着一个轴就可以模拟整个视场。二是用代理函数(proxy function)在局部相位近似下模拟散射体的相位响应,从而能使用自动微分进行逆向设计。最终内存需要相比传统方法(FDTD法)下降近3000倍,速度提升三个数量级。设计一个神经网络架构,在学习的特征空间而不是原始图像强度上做解卷积。这种技术结合了基于模型的解卷积的泛化能力和神经网络的有效特征学习,从而能够解决具 ...
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