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成像专题 | 深度学习实现彩色PIE无透镜显微成像(Optics and Lasers in Engineering)
深度学习实现彩色PIE无透镜显微成像
Deep learning colorful ptychographic iterative engine lensless diffraction microscopy本期导读
Ptychographic 迭代法 (PIE) 是一种用于相干无透镜衍射成像的算法。它可以通过移动光源或生物医学病理样本载玻片来无限制地扩展成像视场,极大地促进了低成本大视场 (FOV) 无透镜显微镜系统的发展。在 PIE无透镜显微成像系统中,照明光需要具有部分相干性,难以采用白光等混合光照明。因此,如果要获得彩色显微镜图像,传统 PIE 无透镜显微成像系统中需要 3 个以上具有不同主波长的照明光源,大大增加了图像数据、PIE迭代计算时间和系统的复杂性。来自南京理工大学、苏州市立医院、苏州大学、中科院长春光机所和浙江大学的联合研究团队,提出了一种基于深度学习颜色转移方法的改进 PIE,以实现单色照明光下的彩色大视场无透镜显微镜成像。该方法仅使用一个部分相干光源,采集的图像数据比传统彩色 PIE 显微镜在多色照明下的图像少三倍。通过深度学习颜色转移方法增强的单色照明的彩色 PIE 显微镜将有助于开发低成本的大视场无透镜显微镜。该研究的方法与结果以论文形式发表于光学学术期刊《Optics and Lasers in Engineering》上。
图1 PIE无透镜显微成像方法原理图。(a) PIE无透镜显微成像系统图;(b) PIE无透镜显微成像示意图;(c)(相对)孔径平移路径图。
图2 单色照明的彩色 PIE 显微成像算法流程示意。
技术路线
1. 单色照明PIE无透镜成像系统的数据采集与恢复。
图3 PIE迭代恢复无孪生像显微图像
2. 深度学习:基于GAN深度学习建立单色灰度图像与虚拟彩色图像的映射关系。
图4 基于GAN框架的深度学习色彩迁移示意图
实验结果
图 5 无透镜大视场彩色PIE显微成像结果。成像区域为12mm*7.9mm。黄色比例尺大约1.5mm。
图6 图像对比:单色灰度 PIE 显微图、彩色 PIE 显微镜和常规 RGB 明场显微图像。左上角的黑色比例尺约为 200 μm。幅值图像的灰度为 [0, 255]。
图7 彩色 PIE 显微图像和传统 RGB 明场显微图像的视觉比较。左上角的黑色比例尺约为 200 μm。
结论
Y. Bian, Y. Jiang, J. Wang, S. Yang, W. Deng, X. Yang, R. Shen, H. Shen, and C. Kuang, Deep learning colorful ptychographic iterative engine lens-less diffraction microscopy, Optics and Lasers in Engineering, Volume 150, 2022, 106843,
技术详见:
https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2021.106843.
*该技术分享所涉及文字及图片源于作者论文和网络公开素材,不做任何商业用途。
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