High‐Fidelity Computational Microscopy via Feature‐Domain Phase Retrieval

相位恢复 计算机科学 波前 显微镜 摄影术 特征(语言学) 计算机视觉 光学 人工智能 算法 傅里叶变换 衍射 物理 语言学 量子力学 哲学
作者
Shuhe Zhang,An Pan,Hong‐Bo Sun,Y. X. Tan,Liangcai Cao
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
被引量:2
标识
DOI:10.1002/advs.202413975
摘要

Abstract Computational microscopy enhances the space‐bandwidth product and corrects aberrations for high‐fidelity imaging by reconstructing complex optical wavefronts. Phase retrieval, a core technique in computational microscopy, faces challenges maintaining consistency between physical and real‐world imaging formation, as physical models idealize real phenomena. The discrepancy between ideal and actual imaging formation limits the application of computational microscopy especially in non‐ideal situations. Here, the feature‐domain consistency for achieving high‐fidelity computational microscopy is introduced. Feature‐domain consistency tells that certain features, such as edges, textures, or patterns of an image, remain invariant in different image transformations, degradations, or representations. Leveraging the feature‐domain consistency, Feature‐Domain Phase Retrieval (FD‐PR) is proposed, a framework applicable to various computational microscopy. Instead of working directly with images' pixel values, FD‐PR uses image features to guide the reconstruction of optical wavefronts and takes advantage of invariance components of images against mismatches of physical models. Experimental studies, across diverse phase retrieval microscopic tasks, including coded/Fourier ptychography, inline holography, and aberration correction, demonstrate that FD‐PR improves resolution by a factor of 1.5 and reduces noise levels by a factor of 2. The proposed framework can immediately benefit a wide range of computational microscopies, such as X‐ray ptychography, diffraction tomography, and wavefront shaping.
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