Апробация метода адаптивной маски в алгоритмах восстановления фазы

Аннотация

В работе рассмотрен метод когерентной безлинзовой визуализации, позволяющий численно охарактеризовать комплексное поле, рассеиваемое объектом с теоретически близким к дифракционному пределу пространственному разрешению. Предложены алгоритмические модификации, включая подход адаптивной маски, позволяющие повышать разрешение реконструируемых изображений без существенного роста вычислительной сложности при ограниченной априорной информации и наличии шума в эксперименте. Разработанный алгоритм адаптивной маски протестирован в эксперименте с гелий‑неоновым лазером и в полном численном моделировании распространения частично-когерентного ондуляторного излучения вдоль рентгенооптического тракта станции 2‑5 «Наноскопия» Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов». Результаты двух серий экспериментов подтвердили осуществимость и устойчивость алгоритмов восстановления фазы методом когерентной дифракционной визуализации с использованием адаптивной маски.

Полученные результаты

• Проведен систематический анализ факторов, снижающих пространственное разрешение методов когерентной безлинзовой визуализации. Рассмотрены алгоритмические и практические подходы, направленные на повышение качества реконструируемых изображений при сохранении вычислительной эффективности;
• Разработан подход адаптивной маски на основе алгоритма термоусадочной оболочки, позволяющий гибко, в полуавтоматическом режиме, корректировать ограничение объекта во время итерационного процесса восстановления;
• Алгоритмы CDI в сочетании с адаптивной маской были протестированы в эксперименте с источником излучения в видимом диапазоне. Продемонстрирована устойчивость восстановления комплексных изображений объектов даже при наличии шумов, природу которых невозможно установить напрямую;
• Выполнено моделирование частично когерентного ондуляторного излучения в мягком рентгеновском диапазоне, распространяющегося вдоль рентгенооптического тракта станции «Наноскопия» ЦКП «СКИФ». Решена прямая задача расчета дифракционной картины после прохождения СИ через тестовые объекты в виде звезды Сименса и модельного биологического образца;
• С учетом добавления шумов при длине волны 2.34 нм для миры в виде звезды Сименса определено пространственное разрешение, равное 12.92 нм (для шума с PSNR = 80 дБ) и 40.39 нм (для шума с PSNR = 60 дБ);
• Реконструкция комплексного поля в плоскости органического образца в виде липидных кластеров при его освещении монохроматическим пучком СИ стала первым шагом к прижизненной визуализации биологических объектов без использования контрастных меток, что соответствует ключевой научной задаче станции «Наноскопия».