Neuartige Berechnung der High-Fidelity-Mikroskopie verwendet stabile Merkmale für die klarere Bildgebung

Computermikroskopie ist in der Biomedizin- und Materialwissenschaft von entscheidender Bedeutung. Traditionelle Methoden kämpfen mit optischen Aberrationen, Lärminterferenzen und Unterschieden zwischen physikalischen Modellen und Bildgebung der realen Welt, wodurch die Auflösung und Genauigkeit verringert werden. Sie stützen sich auf eine Optimierung auf Pixelebene, die in komplexen Umgebungen keine qualitativ hochwertige Bildgebung aufrechterhalten kann. Daher ist die Entwicklung eines präzisen und stabilen Computerbildgebungsansatzes zu einem Forschungsfokus geworden.

In einer Studie veröffentlicht In Fortgeschrittene WissenschaftProf. Pan An vom Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics (XIOPM) der chinesischen Akademie der Wissenschaften und Prof. Cao Liangcais Team von der Tsinghua University entwickelte eine neue Methode, die Merkmalsdomäne-Phasen-Wiederherstellung (FD-PR), die die Bildungsauflösung und ein Interferenzwiderstand, das einen Bruch in der Rechenmikroskopie darstellt, erheblich verbessert.

Der vorgeschlagene FD-PR-Algorithmus unterscheidet sich von herkömmlichen pixelbasierten Methoden. Dieser Algorithmus verwendet stabile Merkmale wie Bildkanten und Texturen, um eine Funktionsdomänenverlustfunktion für die Rekonstruktion von Wellenfront zu erstellen. Es behandelt effektiv Rauschprobleme mit verbesserter Robustheit und Anpassungsfähigkeit. Darüber hinaus enthält das FD-PR-Framework einen flexiblen Einschränkungsblock, der unterschiedliche einstellbare Einschränkungen unterstützt und seine Anwendbarkeit weiter erweitert.

Die Forscher fanden heraus, dass die FD-PR in mehreren Anwendungen außerordentlich gut abschneidet. In Vollfeld-Ptychographie beseitigte die Methode den Vignettierungseffekt effektiv und ermöglichte ein großes Sichtfeld und eine hochauflösende Bildgebung. In rauschfreien ptychographischen Experimenten übertraf es den traditionellen Algorithmus bei der Reduzierung von Rauschen, der Verbesserung des Kontrasts und der Verbesserung der Rekonstruktionsqualität.

Für die Inline-Holographie kombinierte sie die physikalischen Grenzen mit Bild-demoising-Techniken und erzielte eine qualitativ hochwertige Phasenwiederherstellung unter einer einzigen Exposition. Bei Blind Large Aberrations Genesung erholt es Aberrationen von bis zu 6π.

„Die FD-PR bietet ein universelles und effizientes Phasenwiederherstellungsrahmen für die Computermikroskopie und bietet eine starke Anpassungsfähigkeit und Robustheit, um die Entwicklung von Bildgebungstechnologien der nächsten Generation zu unterstützen“, sagte Prof. Pan AN.