面向三维紧密间距发光点分辨的点扩散函数优化设计
光学
2022-09-28 v2
摘要
过去十年中，针对点状发光体的三维超分辨成像出现了许多光学设计创新，但这些方法常将单发光体定位精度作为性能指标。在此，我们提出一种设计点扩散函数（PSF）的简单启发式方法，以精确测量两个发光体之间的距离。我们发现有两类 PSF 可在三维分辨发光体方面实现高性能，这由估计两个紧密间距发光体之间间距的 Cramér-Rao 界所量化。一类 PSF 与现有的四足 PSF（Tetrapod PSF）非常相似；另一类是旋转单光斑 PSF，我们称之为月牙 PSF（crescent PSF）。后者在 1-μm 焦体积内对单发光体定位表现出优异性能（使用 1000 个探测光子时，x 方向定位精度 7.3 nm，y 方向 7.7 nm，z 方向 18.3 nm），并且以更高精度区分一个与两个紧密间距发光体（在 1-μm 焦体积内平均，错误率比性能最佳的 Tetrapod PSF 低 25%–53%）。我们的研究为将三维空间信息编码到光学 PSF 中的最优策略提供了进一步见解。
引用
@article{arxiv.2111.14334,
title = {Towards optimal point spread function design for resolving closely spaced emitters in three dimensions},
author = {James M. Jusuf and Matthew D. Lew},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.14334},
year = {2022}
}
备注
Additional optimization studies and PSF characterization. Corrected typographical errors in equations in previous version