目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 光學(xué)傅里葉變換 2
1.2 計(jì)算光學(xué)成像方法 4
1.3 相位恢復(fù)算法的發(fā)展與分類(lèi) 5
參考文獻(xiàn) 6
第2章 衍射建模與離散計(jì)算 7
2.1 菲涅耳衍射及其離散算法 7
2.2 分?jǐn)?shù)傅里葉變換 9
2.3 線性正則變換 12
2.4 回旋器變換 14
2.5 哈特萊變換 16
2.6 特殊函數(shù)的計(jì)算 17
參考文獻(xiàn) 19
第3章 相位恢復(fù)算法 21
3.1 GS相位恢復(fù)算法 21
3.2 HIO相位恢復(fù)算法 22
3.3 楊-顧算法 24
3.4 從單個(gè)強(qiáng)度圖恢復(fù)相位 26
3.5 解卷積算法 27
3.5.1 盲解卷積 28
3.5.2 維納解卷積 30
3.5.3 全變差方法 32
3.5.4 維格納分布解卷積 37
3.5.5 正則化方法 38
3.6 相對(duì)熵最小化 41
3.7 散度模型 44
3.8 先驗(yàn)信息法 49
3.9 廣義內(nèi)反饋法 52
3.10 相位恢復(fù)算法 54
3.10.1 格林函數(shù)法 54
3.10.2 布龍尼科夫方法 57
3.10.3 濾波方法 61
3.10.4 對(duì)比傳遞函數(shù) 64
3.11 多圖像相位恢復(fù) 65
3.11.1 串行計(jì)算模式 65
3.11.2 雙層循環(huán)算法 66
3.11.3 并行計(jì)算模式 67
3.11.4 增廣拉格朗日算法 68
3.11.5 多波長(zhǎng)照明系統(tǒng)的相位恢復(fù) 71
3.11.6 稀疏正則化 72
參考文獻(xiàn) 77
第4章 強(qiáng)度傳輸方程 79
4.1 傅里葉變換求解法 79
4.2 高階導(dǎo)數(shù)法 83
4.3 薩維茨基-戈萊差分濾波法 84
4.4 強(qiáng)度傳輸方程的試探性解法 87
4.4.1 高斯-賽德?tīng)柕�代�?87
4.4.2 多項(xiàng)式展開(kāi)法 89
4.4.3 拉東變換法 90
4.4.4 雅可比矩陣法 93
4.5 策尼克多項(xiàng)式解法 97
4.6 希爾伯特變換法 105
4.7 卷積算法 106
參考文獻(xiàn) 109
第5章 疊層成像 110
5.1 典型疊層成像方法 110
5.2 改進(jìn)疊層成像技術(shù) 112
5.2.1 擴(kuò)展疊層成像 112
5.2.2 正則化疊層成像 112
5.2.3 一維疊層成像 113
5.3 并行計(jì)算方法 115
5.3.1 區(qū)域劃分方案 115
5.3.2 共起點(diǎn)并行計(jì)算 117
5.4 采樣約束條件 118
5.5 重疊約束誤差 121
5.6 散斑照明法 122
5.7 三維疊層成像方法 130
5.8 超分辨疊層成像方法 133
5.9 位置校正方法 135
參考文獻(xiàn) 137
第6章 傅里葉疊層成像 139
6.1 光學(xué)成像系統(tǒng)與原理 139
6.2 半球形光源照明 141
6.3 多波長(zhǎng)照明法 143
6.4 維爾丁格流優(yōu)化法 144
6.5 基于結(jié)構(gòu)光照明的成像方法 146
6.5.1 散斑照明 147
6.5.2 條紋光束照明 148
6.5.3 虛擬結(jié)構(gòu)調(diào)制 149
6.5.4 隨機(jī)多路照明 152
6.5.5 雙層LED照明 155
6.6 光學(xué)元件的位置校正方法 157
6.6.1 基于互相關(guān)法的位置誤差校正 157
6.6.2 明場(chǎng)定位方法 159
6.6.3 照明角度校正 161
6.7 優(yōu)化照明策略 165
6.7.1 稀疏照明 165
6.7.2 克拉默斯-克勒尼希關(guān)系 166
參考文獻(xiàn) 168
第7章 單次曝光成像 170
7.1 全息系統(tǒng)的單次曝光成像 170
7.1.1 子空間處理 170
7.1.2 棋盤(pán)格相位光柵調(diào)制 173
7.1.3 孔徑編碼相關(guān)法 175
7.1.4 矩陣光學(xué)法 179
7.2 衍射成像系統(tǒng)的單次曝光成像 183
7.2.1 雙波長(zhǎng)照明 183
7.2.2 達(dá)曼光柵分光束照明 184
7.2.3 壓縮條紋法 186
7.2.4 空間多路測(cè)量方法 187
7.3 疊層成像系統(tǒng)的單次曝光法 189
7.3.1 微透鏡陣列 189
7.3.2 三基色照明 192
7.4 三維測(cè)量與成像系統(tǒng)的單次曝光法 195
7.4.1 虛相位共軛法 195
7.4.2 多孔調(diào)制 197
7.4.3 同軸條紋投影術(shù) 200
參考文獻(xiàn) 203
第8章 單像素成像 204
8.1 單像素成像方法 204
8.1.1 單像素成像的光學(xué)系統(tǒng)與原理 204
8.1.2 單像素偏振成像 207
8.1.3 單像素壓縮衍射成像 209
8.1.4 單像素相干衍射成像 211
8.1.5 無(wú)陰影單像素成像 212
8.1.6 近紅外單像素成像 214
8.1.7 鬼成像系統(tǒng) 215
8.2 單像素成像系統(tǒng)的光學(xué)調(diào)制方案 216
8.2.1 時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù) 216
8.2.2 光學(xué)漲落 218
8.2.3 高斯和空心光束聯(lián)合照明 220
8.2.4 單純形頂點(diǎn)采樣 222
8.3 傅里葉單像素成像 226
8.3.1 傅里葉域正則化 226
8.3.2 離焦測(cè)量 228
參考文獻(xiàn) 228
第9章 相干衍射成像 230
9.1 相干衍射成像的光學(xué)系統(tǒng) 230
9.1.1 變跡照明 230
9.1.2 隨機(jī)振幅調(diào)制 231
9.1.3 動(dòng)透鏡測(cè)量 233
9.1.4 反射模型 233
9.1.5 全內(nèi)反射暗場(chǎng)照明 235
9.1.6 數(shù)字全息方法 237
9.1.7 相干與非相干照明 239
9.1.8 單幀測(cè)量 240
9.2 衍射成像中的相位恢復(fù)算法 241
9.2.1 加權(quán)相位恢復(fù) 241
9.2.2 非迭代方法 243
9.2.3 傅里葉域約束 246
9.2.4 迭代分?jǐn)?shù)傅里葉算法 247
9.3 X射線成像 248
9.3.1 菲涅耳衍射相襯成像 249
9.3.2 擴(kuò)頻調(diào)相 251
參考文獻(xiàn) 254
第10章 結(jié)構(gòu)光照明成像 256
10.1 結(jié)構(gòu)光照明成像的原理 256
10.1.1 結(jié)構(gòu)光照明顯微系統(tǒng) 256
10.1.2 衍射相位顯微系統(tǒng) 258
10.1.3 繆勒矩陣成像 259
10.1.4 隨機(jī)傳遞函數(shù) 261
10.1.5 優(yōu)化與表征方法 264
10.1.6 定量切片與噪聲分析 267
10.2 結(jié)構(gòu)光照明成像算法 270
10.2.1 聯(lián)合重構(gòu)策略 271
10.2.2 貝葉斯估計(jì) 273
10.2.3 計(jì)算結(jié)構(gòu)光照明成像 275
10.3 擴(kuò)展結(jié)構(gòu)光照明方法 276
10.3.1 非線性結(jié)構(gòu)光照明 276
10.3.2 飽和結(jié)構(gòu)光照明 277
10.3.3 可編程結(jié)構(gòu)光照明 278
10.3.4 微流控結(jié)構(gòu)光照明 279
10.3.5 虛擬結(jié)構(gòu)探測(cè) 280
參考文獻(xiàn) 281
第11章 散射成像 282
11.1 散斑相關(guān)方法 282
11.1.1 深度分辨散斑相關(guān) 282
11.1.2 策尼克多項(xiàng)式濾波 283
11.1.3 視差模型 286
11.1.4 寬場(chǎng)熒光成像的分辨率增強(qiáng) 289
11.1.5 交替方向乘子法 290
11.1.6 非相干照明疊層成像 292
11.1.7 三維散斑相關(guān) 293
11.2 數(shù)學(xué)模型與算法 294
11.2.1 支持向量回歸 294
11.2.2 聚焦反射矩陣法 296
11.2.3 散斑傳遞函數(shù) 301
11.2.4 散斑均值法 302
11.2.5 稀疏表示與相干散斑抑制 305
參考文獻(xiàn) 308
第12章 超分辨成像 309
12.1 超分辨寬場(chǎng)成像方法 309
12.1.1 相干編碼合成孔徑 309
12.1.2 雙折射傅里葉濾波 314
12.1.3 增強(qiáng)光折變效應(yīng) 317
12.1.4 二階優(yōu)化正則化結(jié)構(gòu)光照明 320
12.1.5 優(yōu)化的超振蕩光斑 323
12.2 鬼成像系統(tǒng)中的超分辨方法 327
12.2.1 基于傅里葉譜測(cè)量的超分辨鬼成像方法 327
12.2.2 光強(qiáng)反相關(guān)方法 329
12.3 特殊光學(xué)元件 330
12.3.1 全內(nèi)反射鏡 330
12.3.2 空間光調(diào)制器 332
參考文獻(xiàn) 333
第13章 數(shù)字定位方法 335
13.1 數(shù)字散斑相關(guān)實(shí)現(xiàn)定位 335
13.1.1 數(shù)字圖像相關(guān)與高溫變形測(cè)量 335
13.1.2 二階導(dǎo)數(shù)平均強(qiáng)度 336
13.1.3 散斑位移的頻域算法 337
13.1.4 坐標(biāo)變換法 339
13.2 光學(xué)元件的定位算法 342
13.2.1 馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x 342
13.2.2 基于全息術(shù)的波前傳感 344
13.2.3 金屬液滴的定位與尺寸測(cè)量 346
13.2.4 檢測(cè)光學(xué)渦旋位置的相關(guān)匹配法 348
13.2.5 納米粒子位置測(cè)量 352
13.2.6 飛秒激光自動(dòng)定位和直寫(xiě) 354
13.3 光學(xué)元件的角度定位 356
13.3.1 方位誤差測(cè)算與補(bǔ)償 356
13.3.2 顯微物體的角位置確定 359
13.3.3 角位置與光學(xué)軌道角動(dòng)量 360
參考文獻(xiàn) 362
第14章 自動(dòng)聚焦 364
14.1 全息系統(tǒng)的自動(dòng)聚焦 364
14.1.1 暗場(chǎng)梯度法 364
14.1.2 本征值法 366
14.1.3 加速搜索法 367
14.1.4 協(xié)作執(zhí)行法 371
14.1.5 最小偏差法 373
14.1.6 梯度算子法 375
14.1.7 基于稀疏性度量的重聚焦判據(jù) 377
14.1.8 振幅差分法 378
14.2 測(cè)量與成像系統(tǒng)的自動(dòng)聚焦 379
14.2.1 三維輪廓測(cè)量系統(tǒng)的自動(dòng)聚焦方法 379
14.2.2 用于疊層成像的自動(dòng)聚焦方法 382
14.2.3 用于雙光子光刻系統(tǒng)的自動(dòng)聚焦方法 383
14.2.4 用于傾斜樣品顯微成像的自動(dòng)聚焦方法 385
參考文獻(xiàn) 389
第15章 降噪方法 391
15.1 全息系統(tǒng)的降噪方法 391
15.1.1 自適應(yīng)各向異性擴(kuò)散法 391
15.1.2 均值法 393
15.1.3 干涉條紋噪聲抑制方法 395
15.1.4 自適應(yīng)全變差法 398
15.1.5 降噪判據(jù)與方法 399
15.1.6 鄰域?yàn)V波法 402
15.2 相干衍射成像系統(tǒng)的降噪方法 404
15.2.1 正交態(tài)對(duì)比度估計(jì) 404
15.2.2 低計(jì)數(shù)率下的噪聲模型 407
15.2.3 具有重疊組稀疏性的全變差方法 413
15.3 鬼成像系統(tǒng)的降噪方法 417
15.3.1 內(nèi)插值法 417
15.3.2 選擇性計(jì)算鬼成像 419
15.3.3 基于奇異值分解的鬼成像降噪方法 421
15.3.4 貝葉斯降噪方法 423
參考文獻(xiàn) 428