基于自适应照明光场校正的快速收敛叠层成像方法

窦健泰

(江苏科技大学 理学院，镇江 212100)

相干衍射成像(coherent diffraction imaging，CDI)是一种迭代相位复原算法，其利用远场衍射光强反演待测物体相位信息.CDI分辨率可不受光学元件质量限制，且无需成像系统.基于此特点，CDI可弥补X射线、电子束等短波成像领域中高性能光学元件缺乏对成像质量的影响[1].常规CDI的成像视场和收敛速度在实际使用时存在明显不足，为解决其成像视场小和收敛速度慢的问题，文献[2]提出了叠层成像技术(ptychographical iterative engine，PIE)，其要求照明光相对样品进行阵列扫描，且相邻扫描位置有部分重叠.常规PIE系统的初始实验条件是假设照明光场已知且完全相干，精确已知扫描位置，衍射图像无噪声，样品为薄切片.但是实际实验过程中，以上假设的条件均很难满足.为成功应用PIE，学者研究了诸多处理方法，如处理部分相干[3-5]，重建照明光场[6-9]，校正扫描位置误差[10-16]，降低噪声影响[17-18]，处理厚样品[19]等.

上述处理方法中，重建照明光场是最先出现的，也是最重要的.共轭梯度(conjugate gradient，CG)算法[20]、差异图(difference map，DM)算法[7]和扩展叠层成像(extended ptychographical iterative engine，ePIE)算法[8]已用于重建照明光场，这些方法均解决了需预先已知照明光场的问题.ePIE作为全局优化方法，在每次迭代时均将所有采集的衍射光强代入计算照明光场和物函数，但是ePIE满足收敛条件时仍需要几十次甚至几百次迭代，会消耗大量计算时间.

受Shrink-Wrap算法[20]启发，文中对ePIE算法进行了优化改进，提出了基于自适应照明光场校正的扩展叠层成像方法，该方法可显著提高收敛速度……