Autofocus Based on Residual Network Realizes Raman Spectral Enhancement

残余物 自动对焦 拉曼光谱 计算机科学 人工智能 算法 光学 物理 光学(聚焦)
作者
Haozhao Chen,Liwei Yang,Weile Zhu,Ping Tang,Xinyue Xing,Weina Zhang,Liyun Zhong
标识
DOI:10.2139/ssrn.4616250
摘要

Due to its high sensitivity and specificity, Micro-Raman spectroscopy has emerged as a vital technique for molecular recognition and identification. As a weakly scattered signal, ensuring the accurate focus of the sample is essential for acquiring high quality Raman spectral signal and its analysis, especially in some complex microenvironments such as intracellular settings. Traditional autofocus methods are often time consuming or necessitate additional hardware, limiting real-time sample observation and device compatibility. Here, we propose an autofocus method based on residual network to realize rapid and adaptive focusing on Micro-Raman measurements. Using only a bright field image of the sample acquired on any image plane, we can predict the defocus distance with a residual network trained by Resnet50, in which the focus position is determined by combining the gradient and discrete cosine transform. Further, detailed regional division of the bright field map used for characterizing the height variation of actual sample surface is performed. As a result, a focus prediction map with 1 μm accuracy is obtained from a bright field image in 120 ms. Based on this method, we successfully realize cellular weak Raman signal enhancement and the necessary correction of spectral information. This adaptive focusing method based on residual network is beneficial to further enhance the sensitivity and accuracy of Micro-Raman spectroscopy technology, which is of great significance in promoting the wide application of Raman spectroscopy.

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