用于芯片上稳健高效无透镜显微成像的稀疏正则化编码叠层衍射成像

编码叠层衍射成像（coded ptychography）已成为一种用于高通量、高分辨率无透镜成像的强大技术。然而，采集速度与图像质量之间的权衡仍然是一个重大挑战。为此，我们提出了一种新颖的稀疏正则化编码叠层衍射成像方法，在保持高重建质量的同时显著减少了所需测量次数。所提出的方法称为叠层衍射近端全变分（PPTV）求解器，它将重建任务表述为一个全变分正则化优化问题。与依赖专用硬件或照明方案的先前实现不同，PPTV 可无缝集成到现有的编码叠层衍射成像装置中。通过全面的数值模拟，我们证明 PPTV 驱动的编码叠层衍射成像仅用少至八次强度测量即可产生准确的重建，相比传统方法显著减少。收敛性分析证实了 PPTV 算法的稳健性与稳定性。来自我们光学原型的实验结果（采用无序工程表面进行波前调制）验证了 PPTV 能够以大幅降低的测量负担实现高通量、高分辨率成像。通过从更少测量中实现高质量重建，PPTV 为更紧凑、高效且经济实惠的芯片上无透镜显微系统铺平了道路，在数字病理学、内窥镜、即时诊断和高质量筛选方面具有潜在应用。