使用混合输入输出(HIO)和互相关方法的叠层成像位置校正

DOI:10.1088/2040-8986/ab02ce 期刊:Journal of Optics 出版年份:2019 更新时间:2026-01-09 18:43:27
摘要: 通过计算成像技术——以算法替代透镜——正变得极为流行。多年来,研究者相继开发了多种迭代算法,包括误差缩减(ER)算法[1]、混合输入输出(HIO)算法[2]、混合投影反射(HPR)算法[3]以及松弛平均交替反射器(RAAR)算法[4]。这些方法能从单一强度图案重建物体。后来出现的叠层扫描迭代引擎(PIE)算法[5]采用多组强度图案进行重建,其性能优于现有其他方法。叠层扫描成像属于相干衍射成像范畴,它利用物体的远场强度图案实现重建。在该技术中,探针位置不确定性是影响重建图像质量的关键限制因素。本文提出一种新方法:通过混合输入输出(HIO)算法与互相关技术的结合来校正探针位置估计值。我们通过模拟研究了该方法在噪声干扰、重叠率变化及最大可恢复误差条件下的性能表现与局限性,并简要对比了其他现有方法。
作者: P. Dwivedi,A.P. Konijnenberg,S.F. Pereira,J. Meisner,H.P. Urbach
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提出一种利用混合输入输出(HIO)算法和互相关技术校正叠层成像中探针位置估计的新方法,并通过模拟研究其在噪声、重叠度变化及最大可恢复误差条件下的性能与局限性。

所提出的结合HIO与互相关的方法能以整数像素精度校正叠层成像中的探针位置,可作为现有方法(如互相关和强度梯度法)的替代方案。该方法在重叠区域充足且噪声较低时效果显著,但对探针函数要求较高,在小重叠区域或高噪声条件下性能受限。该研究从不同视角为探针位置校正提供了新思路,可能适用于波前重建等特定应用场景。

该方法对探测函数存在限制:由于探测函数在混合迭代算法(HIO)中作为支撑约束使用,其必须在已知定义区域外为零。这限制了该方法在不符合该标准的叠层成像应用中的适用性。当探测位置数量较少且重叠度较高时性能更优;随着重叠区域减小、噪声水平升高(例如光子数≤10^7的泊松噪声),性能会下降,若无附加技术可能无法实现亚像素精度。若单个探测位置存在错误,可能发生误差传播。

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