上海光機(jī)所在基于深度時(shí)空先驗(yàn)的動(dòng)態(tài)定量相位成像研究方面取得進(jìn)展

近期，中科院上海光機(jī)所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部研究團(tuán)隊(duì)提出了一種引入深度時(shí)空先驗(yàn)（STeP）的輕量級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，無(wú)需訓(xùn)練集即可應(yīng)用于動(dòng)態(tài)物體的定量相位成像。相關(guān)研究成果以“Dynamic quantitative phase imaging using deep spatial-temporal prior”為題發(fā)表于Optics Express。 do" m=y  
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測(cè)量透明樣本的相位分布這一經(jīng)典光學(xué)難題從顯微到遙感領(lǐng)域都具有重要意義。基于深度學(xué)習(xí)的非干涉定量相位成像作為一種無(wú)標(biāo)記、穩(wěn)定的測(cè)量相位樣本方法，通過(guò)結(jié)合物理先驗(yàn)進(jìn)一步提高了其精度和可解釋性，同時(shí)無(wú)需訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。然而，該方法受限于冗長(zhǎng)的訓(xùn)練時(shí)間，難以應(yīng)用于需要處理多幀數(shù)據(jù)的成像任務(wù)。 u&~Xgq5[  
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為解決上述問(wèn)題，該研究團(tuán)隊(duì)提出了一種將深度時(shí)空先驗(yàn)（STeP）與輕量級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的訓(xùn)練架構(gòu)，能將原方法拓展至低信噪比（≈10.6dB）下的動(dòng)態(tài)定量相位成像。如圖1所示，相較傳統(tǒng)的物理增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)僅利用空間先驗(yàn)，STeP通過(guò)結(jié)合之前幀已學(xué)習(xí)到的空間先驗(yàn)來(lái)建立幀與幀之間的時(shí)空聯(lián)系，用以重建當(dāng)前幀。該方法在實(shí)驗(yàn)上取得了相較傳統(tǒng)方法更好的結(jié)果，對(duì)于動(dòng)態(tài)相位物體，基于STeP的方法能夠在低信噪比的條件下定量恢復(fù)其相位，如圖2所示。該研究將基于時(shí)空先驗(yàn)的物理模型引入輕量級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，為實(shí)時(shí)、非干涉的動(dòng)態(tài)定量相位成像提供了新的研究思路，有望應(yīng)用于大氣湍流成像、光學(xué)元件缺陷檢測(cè)及微生物活體成像等領(lǐng)域。 Z %pc"