Large-scale holographic particle 3D imaging with the beam propagation model

光学 散射 全息术 计算 迭代重建 反问题 物理 前向散射 计算机科学 算法 人工智能 数学 数学分析
作者
Hao Wang,Waleed Tahir,Jiabei Zhu,Lei Tian
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:29 (11): 17159-17159 被引量:21
标识
DOI:10.1364/oe.424752
摘要

We develop a novel algorithm for large-scale holographic reconstruction of 3D particle fields. Our method is based on a multiple-scattering beam propagation method (BPM) combined with sparse regularization that enables recovering dense 3D particles of high refractive index contrast from a single hologram. We show that the BPM-computed hologram generates intensity statistics closely matching with the experimental measurements and provides up to 9× higher accuracy than the single-scattering model. To solve the inverse problem, we devise a computationally efficient algorithm, which reduces the computation time by two orders of magnitude as compared to the state-of-the-art multiple-scattering based technique. We demonstrate the superior reconstruction accuracy in both simulations and experiments under different scattering strengths. We show that the BPM reconstruction significantly outperforms the single-scattering method in particular for deep imaging depths and high particle densities.
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