Holographic particle localization under multiple scattering
Holographic particle localization under multiple scattering
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多重散射下的全息粒子定位
DOI：
10.1117/1.ap.1.3.036003
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发表时间：
2019
影响因子：
17.3
通讯作者：
Tian, Lei
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tahir, Waleed;Kamilov, Ulugbek S.;Tian, Lei
我们介绍了一个计算框架，采用单次拍摄的同轴全息多重散射的大规模三维（3-D）粒子定位。传统的全息技术依赖于单散射模型，在高粒子密度和大折射率对比下变得不准确。现有的多重散射求解器对于大规模的问题变得在计算上是禁止的，大规模的问题包括散射体积内的数百万的体素。我们的方法克服了计算瓶颈，通过分段计算的多次散射下一个有效的递归框架。在前向模型中，每个递归估计对象切片之间的下一个高阶多次散射场。在逆模型中，每个阶的散射递归估计的非线性优化过程。这种非线性逆模型进一步补充了稀疏促进程序，特别是有效的本地化3-D分布的粒子。我们表明，我们的多散射模型导致显着改善的质量3-D本地化相比，传统的方法基于单散射近似。我们的实验表明强大的逆多重散射，允许重建1亿体素从一个单一的1兆像素的全息图与稀疏事先。我们的方法的性能界限在模拟中被量化并通过实验验证。我们的工作承诺利用多用途的大规模应用的多重散射。
We introduce a computational framework that incorporates multiple scattering for large-scale three-dimensional (3-D) particle localization using single-shot in-line holography. Traditional holographic techniques rely on single-scattering models that become inaccurate under high particle densities and large refractive index contrasts. Existing multiple scattering solvers become computationally prohibitive for large-scale problems, which comprise millions of voxels within the scattering volume. Our approach overcomes the computational bottleneck by slicewise computation of multiple scattering under an efficient recursive framework. In the forward model, each recursion estimates the next higher-order multiple scattered field among the object slices. In the inverse model, each order of scattering is recursively estimated by a nonlinear optimization procedure. This nonlinear inverse model is further supplemented by a sparsity promoting procedure that is particularly effective in localizing 3-D distributed particles. We show that our multiple-scattering model leads to significant improvement in the quality of 3-D localization compared to traditional methods based on single scattering approximation. Our experiments demonstrate robust inverse multiple scattering, allowing reconstruction of 100 million voxels from a single 1-megapixel hologram with a sparsity prior. The performance bound of our approach is quantified in simulation and validated experimentally. Our work promises utilization of multiple scattering for versatile large-scale applications.
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通讯作者：
E. Mudry;P. Chaumet;K. Belkebir;A. Sentenac
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DOI：
--
发表时间：
2019
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