Calibration-free quantitative phase imaging in multi-core fiber endoscopes using end-to-end deep learning

相位恢复 计算机科学 相(物质) 人工智能 深度学习 斑点图案 芯(光纤) 相位成像 校准 光学 迭代重建 计算机视觉 物理 傅里叶变换 电信 显微镜 量子力学
作者
Jun Sun,Lei Zhao,Dong Wang,Zhigang Wang,Jie Zhang,Nektarios Koukourakis,J. Czarske,Xuelong Li
出处
期刊:Optics Letters [The Optical Society]
卷期号:49 (2): 342-342
标识
DOI:10.1364/ol.509772
摘要

Quantitative phase imaging (QPI) through multi-core fibers (MCFs) has been an emerging in vivo label-free endoscopic imaging modality with minimal invasiveness. However, the computational demands of conventional iterative phase retrieval algorithms have limited their real-time imaging potential. We demonstrate a learning-based MCF phase imaging method that significantly reduced the phase reconstruction time to 5.5 ms, enabling video-rate imaging at 181 fps. Moreover, we introduce an innovative optical system that automatically generated the first, to the best of our knowledge, open-source dataset tailored for MCF phase imaging, comprising 50,176 paired speckles and phase images. Our trained deep neural network (DNN) demonstrates a robust phase reconstruction performance in experiments with a mean fidelity of up to 99.8%. Such an efficient fiber phase imaging approach can broaden the applications of QPI in hard-to-reach areas.
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