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超分辨光学成像与图像重建

📚 共计 30 章节

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光学分辨率基础回顾

瑞利判据、阿贝衍射极限、MTF（调制传递函数）的物理意义与数学表达。

判据MTF衍射

超分辨成像原理

近场光学、结构光照明显微镜（SIM）、受激发射损耗显微镜（STED）的核心思想。

单分子定位技术（SMLM）

STORM/PALM原理、质心拟合算法、定位精度影响因素。

STORMPALM拟合

计算成像与分辨率提升

去卷积算法（维纳滤波、Lucy-Richardson）、深度学习超分辨（U-Net、GAN）的应用。

去卷积深度学习GAN

系统设计与工程实践

像差对分辨率的影响、光学系统公差分析、高分辨率系统搭建的避坑指南。

像差公差工程

前沿与挑战

X射线与电子显微镜的分辨率极限、量子成像与纠缠光子、未来趋势（自适应光学、AI融合）。

X射线量子AI

课程总结与综合案例

从理论到工程——设计一个超分辨显微成像系统的完整流程。

综合案例系统设计

光学分辨率测试与标定

分辨率测试靶（USAF1951、Siemens Star）、刀口法测量MTF、系统标定流程。

测试靶MTF标定

相干与非相干成像系统

相干传递函数（CTF）与光学传递函数（OTF）的区别、部分相干成像理论。

像差理论与分辨率

泽尼克多项式、初级像差（球差、彗差、像散）对分辨率的具体影响。

泽尼克球差彗差

瞳孔与光瞳工程

环形光瞳、切趾术、超振荡透镜的原理与分辨率提升效果。

光瞳切趾超振荡

荧光成像中的分辨率

荧光漂白后恢复（FRAP）、荧光相关光谱（FCS）、单分子追踪中的定位精度。

自适应光学基础

波前传感（Shack-Hartmann）、变形镜原理、在显微成像中的应用。

波前变形镜自适应

多光子成像的分辨率

双光子/三光子激发、非线性效应、散射介质中的分辨率保持。

多光子非线性散射

光片显微镜的分辨率

光片厚度与分辨率的关系、各向同性分辨率的实现方法。

光片各向同性厚度

全息成像与分辨率

数字全息、同轴/离轴全息、相位恢复与分辨率增强。

全息相位恢复同轴

散射介质成像

散斑相关成像、记忆效应、透过散射介质的超分辨技术。

散斑记忆效应散射

太赫兹与毫米波成像

衍射极限在长波段的挑战、近场太赫兹成像技术。

太赫兹毫米波近场

声光与光声成像

超声分辨率与光学分辨率的权衡、光声显微成像的极限。

光声超声权衡

光谱分辨与空间分辨的耦合

高光谱成像、计算层析成像、编码孔径快照光谱成像。

高光谱层析编码孔径

压缩感知在成像中的应用

稀疏采样、重构算法（ISTA、ADMM）、超分辨重建。

压缩感知ISTAADMM

傅里叶叠层显微术（FPM）

原理、频域拼接、分辨率提升机制与实验实现。

FPM频域拼接

微球透镜超分辨

微球透镜的聚焦特性、成像机制、与常规物镜的对比。

微球聚焦对比

表面等离激元成像

等离激元透镜、超透镜、负折射率材料的分辨率突破。

等离激元超透镜负折射

量子极限与光子噪声

散粒噪声、光子统计、Cramér-Rao下界与定位精度极限。

散粒噪声Cramér-Rao量子

探测器对分辨率的影响

像素尺寸、填充因子、暗噪声、读出噪声、量子效率的权衡。

像素噪声量子效率

图像处理中的分辨率增强

亚像素位移、超分辨重建（多帧融合）、贝叶斯方法。

亚像素多帧贝叶斯

光学系统的信息容量

空间带宽积（SBP）、信息通道数、系统设计中的信息论视角。

SBP信息论通道

生物医学成像中的分辨率挑战

活体成像、运动伪影、光毒性对分辨率的影响。

活体伪影光毒性

工业检测中的分辨率应用

半导体晶圆检测、精密测量、缺陷检测的分辨率要求与系统设计。

半导体精密测量缺陷