Ptychografia Fouriera
Ptychografia Fouriera to technika obrazowania obliczeniowego oparta na mikroskopii optycznej , która polega na syntezie szerszej apertury numerycznej z zestawu obrazów pełnego pola uzyskanych pod różnymi, spójnymi kątami oświetlenia , co skutkuje zwiększoną rozdzielczością w porównaniu z konwencjonalnym mikroskopem .
Każdy obraz jest uzyskiwany przy oświetleniu spójnym źródłem światła pod różnymi kątami padania (zazwyczaj z szeregu diod LED); uzyskany zestaw obrazów jest następnie łączony za pomocą iteracyjnego algorytmu odzyskiwania fazy w końcowy obraz o wysokiej rozdzielczości, który może zawierać do miliarda pikseli (gigapiksel) z rozdzielczością ograniczoną dyfrakcją, co daje produkt o dużej przepustowości przestrzennej .
Ptychografia Fouriera rekonstruuje złożony obraz obiektu (z ilościową informacją fazową ), ale w przeciwieństwie do holografii jest techniką obrazowania nieinterferometrycznego i przez to często łatwiejszą do wdrożenia.
Nazwa „ptychografia” pochodzi od starożytnego greckiego słowa πτυχή („składać”, występującego również w słowie tryptyk ), ponieważ technika ta opiera się na wielokrotnym „widoku” przedmiotu.
Algorytmy rekonstrukcji obrazu
Algorytmy rekonstrukcji obrazu opierają się na iteracyjnym odzyskiwaniu fazy , albo powiązanym z algorytmem Gerchberga-Saxtona , albo opartymi na metodach relaksacji wypukłej . Podobnie jak ptychografia w rzeczywistej przestrzeni , rozwiązanie problemu fazowego opiera się na tym samym matematycznym ograniczeniu niezmienności przesunięcia, z wyjątkiem ptychografii Fouriera, to wzór dyfrakcyjny w tylnej płaszczyźnie ogniskowej porusza się względem apertury tylnej płaszczyzny ogniskowej . (W tradycyjnej ptychografii oświetlenie porusza się względem próbki.) Wiele algorytmów rekonstrukcji stosowanych w ptychografii w przestrzeni rzeczywistej jest zatem używanych w ptychografii Fouriera, najczęściej PIE i warianty, takie jak ePIE i 3PIE. Warianty tych algorytmów pozwalają na jednoczesną rekonstrukcję funkcji źrenicy układu optycznego, pozwalającą na korekcję aberracji obiektywu mikroskopu , oraz tomografii dyfrakcyjnej , która pozwala na rekonstrukcję 3D cienkich próbek obiektów bez konieczności skanowania kątowego próbki potrzebnego do CT skany .
Zalety
Ptychografię Fouriera można łatwo zaimplementować w konwencjonalnym mikroskopie optycznym, zastępując źródło oświetlenia układem diod LED i poprawiając rozdzielczość optyczną o współczynnik 2 (przy oświetleniu tylko jasnym polem) lub więcej (przy uwzględnieniu obrazów ciemnego pola do rekonstrukcji ) .)
Dużą zaletą ptychografii Fouriera jest możliwość zastosowania obiektywu mikroskopu o mniejszej aperturze numerycznej bez utraty rozdzielczości. Zastosowanie mniejszej apertury numerycznej pozwala uzyskać większe pole widzenia , większą głębię ostrości oraz większą odległość roboczą. Ponadto umożliwia efektywną aperturę numeryczną większą niż 1 bez uciekania się do olejku immersyjnego .
Związek z ptychografią
W przeciwieństwie do ptychografii Fouriera, (konwencjonalna) ptychografia zamienia rolę elementu skupiającego z obiektywu na kondensor i polega na akwizycji dyfraktogramów z różnorodnością pozycji oświetlenia. Jednak obie techniki opierają się na określeniu widma kątowego obiektu za pomocą procedury odzyskiwania fazy i z natury odtwarzają te same informacje. Dlatego ptychografia Fouriera i ptychografia konwencjonalna stanowią pomost między spójnym obrazowaniem dyfrakcyjnym a mikroskopia pełnopolowa .