基于时空神经场表示的视频速率千兆像素叠层成像技术

《Nature Communications》：Video-rate gigapixel ptychography via space-time neural field representations

　　

摘要

以视频速率实现千兆像素级空间带宽成像产品是成像科学领域的一项重要挑战。在此，我们展示了基于无透镜结构的光学成像技术，通过光学系统、传感方案与计算方法的协同设计来克服这一难题：编码表面用于记录物体的动态变化，时序传感则将相关信息分散到不同帧中，而时空神经场框架则利用时空相关性来恢复物体的动态特征。我们的方法将空间带宽成像的实现方式从顺序测量转变为高效的相关性提取。我们实现了厘米级覆盖范围的视频速率千兆像素成像，能够分辨308纳米宽度的细节，其空间带宽成像处理速度可达每秒20.8千兆像素。实验验证涵盖了从雪花、细菌、干细胞、微针等中等尺度物体的动态监测，到极紫外实验中时变特性的分析，展现了该技术在不同波长下的广泛应用潜力。通过将时间变化转化为可利用的相关性，我们实现了单传感器千兆像素视频成像技术，该技术还可扩展应用于传统上因辐射敏感度问题而难以实现高分辨率动态成像的短波长及电子束成像领域。