作者单位
摘要
北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心,北京 100081
融合几何光学的蒙日-安培方程方法和物理光学的迭代角谱算法,提出了一种复合型相位恢复方法。针对迭代角谱算法高度依赖初始值的问题,将蒙日-安培方程的解作为迭代初值,该初值通常比光强传输方程的解更准确。采用传统迭代角谱算法与混合输入输出算法的交替迭代策略,以避免算法过早陷入局部最优和迭代停滞。通过数值计算与仿真验证了所提复合型算法的优越性。
相位测量 相位恢复 蒙日-安培方程 迭代角谱算法 光强传输方程 
激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0512004
作者单位
摘要
1 西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室,陕西 西安 710021
2 中国兵器科学院宁波分院,浙江 宁波 310022
针对散射法在检测光学元件表面划痕时只能得到其光场分布而无法直接得到划痕深度信息的问题,将角谱迭代算法、光强传输方程(TIE)和角谱迭代结合的算法应用到光学元件表面划痕深度检测中。首先,采集光学元件表面的光场分布,分别利用两种重建算法得到表面划痕的相位分布,通过表面划痕对相位的调制特性计算出划痕深度;然后,从强度误差、相关系数及相对均方根误差来对两种算法的有效性进行评价;最后,通过实验验证了光学元件表面划痕深度重建结果的准确性。结果表明,与角谱迭代算法相比,TIE和角谱迭代相结合的算法重建划痕深度的相对误差更小,重建效果更好,重建精度更高。
测量 散射法 散射分布 划痕深度 相位重建 角谱迭代算法 光强传输方程 
光学学报
2023, 43(14): 1412002
Linpeng Lu 1,2,3,4†Jiaji Li 1,2,3,4Yefeng Shu 1,2,3,4Jiasong Sun 1,2,3,4[ ... ]Chao Zuo 1,2,3,4,*
Author Affiliations
Abstract
1 Nanjing University of Science and Technology, Smart Computational Imaging Laboratory (SCILab), Nanjing, China
2 Nanjing University of Science and Technology, School of Electronic and Optical Engineering, Nanjing, China
3 Jiangsu Key Laboratory of Spectral Imaging & Intelligent Sense, Nanjing, China
4 Nanjing University of Science and Technology, Smart Computational Imaging Research Institute (SCIRI), Nanjing, China
5 The University of Hong Kong, Department of Electrical and Electronic Engineering, Pokfulam, Hong Kong, China
Transport of intensity equation (TIE) is a well-established non-interferometric phase retrieval approach that enables quantitative phase imaging (QPI) by simply measuring intensity images at multiple axially displaced planes. The advantage of a TIE-based QPI system is its compatibility with partially coherent illumination, which provides speckle-free imaging with resolution beyond the coherent diffraction limit. However, TIE is generally implemented with a brightfield (BF) configuration, and the maximum achievable imaging resolution is still limited to the incoherent diffraction limit (twice the coherent diffraction limit). It is desirable that TIE-related approaches can surpass this limit and achieve high-throughput [high-resolution and wide field of view (FOV)] QPI. We propose a hybrid BF and darkfield transport of intensity (HBDTI) approach for high-throughput quantitative phase microscopy. Two through-focus intensity stacks corresponding to BF and darkfield illuminations are acquired through a low-numerical-aperture (NA) objective lens. The high-resolution and large-FOV complex amplitude (both quantitative absorption and phase distributions) can then be synthesized based on an iterative phase retrieval algorithm taking the coherence model decomposition into account. The effectiveness of the proposed method is experimentally verified by the retrieval of the USAF resolution target and different types of biological cells. The experimental results demonstrate that the half-width imaging resolution can be improved from 1230 nm to 488 nm with 2.5 × expansion across a 4 × FOV of 7.19 mm2, corresponding to a 6.25 × increase in space-bandwidth product from ∼5 to ∼30.2 megapixels. In contrast to conventional TIE-based QPI methods where only BF illumination is used, the synthetic aperture process of HBDTI further incorporates darkfield illuminations to expand the accessible object frequency, thereby significantly extending the maximum available resolution from 2NA to ∼5NA with a ∼5 × promotion of the coherent diffraction limit. Given its capability for high-throughput QPI, the proposed HBDTI approach is expected to be adopted in biomedical fields, such as personalized genomics and cancer diagnostics.
transport of intensity equation phase retrieval darkfield imaging high-throughput microscopy 
Advanced Photonics
2022, 4(5): 056002
作者单位
摘要
安徽大学 农业生态大数据分析与应用技术国家地方联合工程研究中心,安徽 合肥 230601
基于强度传输方程的非干涉相位恢复方法是通过对强度图像求解方程来获取相位的一种途径。在图像采集过程中,对聚焦图像的选择是很重要的。但该过程通常是由主观方法来确定,从而导致聚焦定位不准确,进而影响相位恢复结果的精度。首先,提出了一种基于强度传输方程的自适应聚焦相位恢复方法;其次,使用边缘占空比对采集图像进行定位,在求解相位之后进行循环角谱传播,直到边缘占空比定位位置不变,即被认为是定位到了最佳聚焦位置;最后,再使用强度传输方程求解样本的相位。结果证明:该方法不仅提高了相位恢复的准确性而且减少了获取大量图像的次数。在模拟实验中,恢复相位与原始相位的相关系数达到0.9866,均方根误差为0.3050。在实际的微透镜阵列实验中,用所提出的相位恢复方法恢复出的微透镜高度与真实高度误差仅为5.7%,证明了在显微成像领域,所提算法可以定位到最优聚焦位置,有利于自动聚焦技术的发展,进而提高相位恢复的精度。
相位恢复 强度传输方程 自适应聚焦 边缘占空比 phase retrieval transport of intensity equation adaptive focus edge duty ratio 
红外与激光工程
2022, 51(3): 20210231
张雅彬 1陈贤瑞 1刘磊 1,**刘彬 1[ ... ]单明广 1,2,*
作者单位
摘要
1 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工程大学先进船舶通信与信息技术工业和信息化部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
强度传输方程(TIE)是用于非干涉相位恢复的重要手段之一。传统方法受限于输入图像的形状或收敛速度,进而限制了TIE的普遍性和相位恢复效率。因此,提出了一种基于快速迭代有限差分法(FIFDM)的TIE相位恢复方法。该方法在基于有限差分法(FDM)的TIE求解方法的基础上,考虑迭代过程中各点的相关性并引入松弛因子来实现相位恢复。仿真和实验结果表明,与离散余弦变换(DCT)法、FDM相比,所提方法具有更快的恢复速度、更高的准确性和更强的抗噪性能。
测量 相位恢复 强度传输方程 有限差分法 快速迭代 
光学学报
2021, 41(22): 2212004
作者单位
摘要
安徽大学电子信息工程学院, 安徽 合肥 230039
双目相位恢复方法通过在倒置显微镜上安装双相机,再经过单次曝光获得的正负离焦图像计算得到相位信息,但是目镜的加工误差和相机的安装误差等会导致图像间存在平移、旋转,使得相位恢复结果不准确。提出一种基于配准修复和强度传输方程的双目显微相位恢复算法。首先对离焦图像进行配准,然后引入图像修复方法对由配准产生的黑色空穴区域进行填充和复原,最后使用边界条件下强度传输方程获取高精度的相位恢复结果。模拟实验的结果相关系数达到0.9309,在微透镜阵列实验中,恢复结果与实际结果的相对误差为2.8%,证明了所提方法的正确性与有效性。
图像处理 相位恢复 强度传输方程 配准 图像修复 边界 
光学学报
2021, 41(12): 1210002
作者单位
摘要
安徽大学 电子信息工程学院,安徽 合肥 230601
相位恢复是利用能观测到的强度信息恢复原始相位信息。强度传输方程(TIE)作为一种传统的非干涉相位恢复技术,只需通过测量至少两个相近平面的强度信息即可计算出相位信息。这种方法通常需要通过移动被测物体或摄像机来获取强度图像,不可避免地会产生机械误差。提出了一种新的相位恢复方法:与色散融合的混合相位恢复算法(CD-HPR)。通过设置不同波长的光通过单透镜系统得到物体在同一位置成的像,这样不需要机械运动就能获得聚焦和散焦图像强度,然后结合散焦量与波长之间的关系计算出散焦量,再用强度传输方程计算初始相位信息。角谱迭代算法的使用较好地改进了初始相位值。在仿真实验中,该方法恢复的相位与原始相位之间的均方差为0.1076;同时,通过实验恢复了透镜阵列的相位,实验结果与实际参数的误差为3.4%,证明了该方法的正确性和有效性。该方法扩展了传统方法要求光源为单色的局限性,提高了计算精度。
chromatic dispersion phase retrieval single-lens system transport of intensity equation angular spectrum iteration 色散 相位恢复 单透镜系统 强度传输方程 角谱迭代 
红外与激光工程
2020, 49(10): 20200017
作者单位
摘要
嘉应学院 物理与光信息科技学院, 广东 梅州 514015
光强传输方程相位测量系统常使用激光作为光源或者借助商业显微镜搭建, 存在成像质量受相干噪声影响、系统体积大及成本高等问题。为解决以上问题, 提出一种基于LED照明的光强传输方程定量相位测量系统。使用LED照明, 避免了激光散斑噪声的影响。在显微成像模块中, 利用移动导轨调节并标定透镜位置, 使得切换不同倍率显微物镜时均能与透镜构成4f成像系统, 满足不同物体的测量需求。实验结果表明, 所提系统可准确实现定量相位测量, 具有系统紧凑、成本低、操作性强等优点。
光强传输方程 相位测量 显微成像 LED照明 transport of intensity equation phase measurement microscopic imaging LED illumination 
光学技术
2020, 46(4): 461
作者单位
摘要
1 深圳大学物理与光电工程学院, 广东 深圳 518060
2 深圳大学海洋生物资源与生态环境科学重点实验室, 广东 深圳 518060
3 嘉应学院物理与光信息科技学院, 广东 梅州 514000
在显微成像中,基于光强传输方程的双相机动态相位成像是定量观测活细胞运动的一种有效方法。但是相机安装带来的误差使得两个相机的视场之间存在一定差异,导致利用光强传输方程求解获取的相位不准确。为此,提出了一种基于棋盘格标定的双相机图像校正方法,以消除相机间视场的不匹配问题,校正后的匹配精度可达到亚像素级,大大提高了相位成像的正确率。首先对标准微透镜阵列进行定量成像测量,验证所提方法的准确性和可行性,再对游动的雨生红球藻细胞进行动态相位成像,成像结果表明该方法在动态生物成像领域具有一定的应用前景。
测量 相位恢复 视场校正 动态成像 光强传输方程 
中国激光
2019, 46(8): 0804005
作者单位
摘要
安徽大学 电子信息工程学院, 安徽 合肥 230039
针对基于强度传输方程(Transport of Intensity Equation, TIE)的非干涉相位恢复技术要求光源是单色的限制, 以及强度采集过程移动CCD或物体而引入的机械误差, 提出了一种适用于透镜模型下的色散相位恢复技术。该方法基于透镜成像系统的相位变换特性, 将色散与TIE结合在一起, 使不同波长的光经过透镜系统后在同一位置成像, 从而在不机械移动的情况下获得聚焦和散焦强度图像。再利用散焦量与波长的关系结合TIE计算出物体的相位信息。模拟实验中用该方法恢复物体的相位与原始相位的相关性系数为0.970 7, 均方根误差为0.061 8; 同时真实实验对透镜阵列相位进行了恢复, 实验结果与真实参数误差为1.74%, 证明了所提方法的正确性和有效性。
相位恢复 强度传输方程 色散 透镜成像系统 phase retrieval transport of intensity equation chromatic dispersion lens imaging system 
红外与激光工程
2019, 48(6): 0603018

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