物理学 > 光学
[提交于 2025年7月19日
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标题: 通过传感器阵列的衍射复用实现大规模压缩显微术
标题: Large-scale compressive microscopy via diffractive multiplexing across a sensor array
摘要: 显微镜在空间分辨率、视场和帧率之间面临权衡——提高其中一个属性通常需要牺牲其他属性,这是由于传感器的时空吞吐量有限。 为了克服这一问题,我们提出了一种新的显微镜,它通过传感器阵列和衍射光学元件(DOE)实现了单次拍摄的千兆像素级成像。 我们以两种方式提高了时空吞吐量。 首先,我们使用48个传感器的阵列捕获数据,产生的像素数量是单个传感器的48倍。 其次,我们利用点扩散函数(PSF)工程和压缩感知算法来填补阵列中各个传感器周围间隙缺失的信息,从而进一步将系统的时空吞吐量提高超过5.4倍。 传感器阵列被建模为一个单一的大格式“超传感器”,其中缺失部分对应于各个传感器之间的间隙。 该阵列位于一个(几乎)4f成像系统的输出端,并我们设计了一个傅里叶平面的DOE,生成一个分布式的PSF,编码了整个超传感器区域的信息,包括间隙部分。 然后,我们假设物体在某种域中是稀疏的,计算恢复出大尺度图像。 我们的无校准显微镜可以在高达120 fps的速度下实现超过5.2平方厘米的视场,分辨率为约3{\mu }m,最终达到每秒252亿像素的总时空吞吐量。 我们在两种不同的模式下展示了我们显微镜的多功能性:通过暗场对比进行结构成像,以及同时对数十个自由移动的C. elegans的钙动态进行功能荧光成像。
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