基于多像素编码DMD的快速波前整形反散射光聚焦

时间：2021-08-27 00:00:00 来源：网络整理

光学成像可以揭示组织中重要的生物信息，帮助人类更好地了解生物结构、生化相互作用、人体健康状况，但生物组织中光学散射的影响扭曲了光的传播轨迹。因此，所有高空间分辨率的光学成像技术只能应用于人体的表层组织，除非找到一种方法使组织在体内“透明”。因此，WS作为最优解之一得到了广泛的研究。在这种方法中，利用DMD等光电器件对入射光的波前进行高度灵活的调制，控制光在散射介质中的轨迹，使散射介质像透明介质一样进行光学成像。

在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，上海交通大学杨佳淼教授、山西大学刘林贤教授、北京航空航天大学赵艳宇教授提出了一种新的波前整形方法，该方法采用由数百万个光电单元组成的数字微镜器件(DMD)以约20kHz的帧率调制光。首先，为了解决DMD二进制调制的问题，他们提出了一种多像素编码策略，将多个相邻像素分组为单个调制单元，以提高调制精度。其次，他们选择了SNES作为优化器，以规避WS问题中存在的众多次局部最小值。通过计算自然策略梯度使光反馈最大化，然后更新采样分布参数，与遗传算法相比，可分离自然进化策略不仅可以显著缩短优化周期，而且可以防止早期收敛到较低的局部最小值。

与传统的遗传算法对每个DMD像素单独编码相比，单焦点对比度和优化速度分别提高了16倍和179倍。借助多像素编码SNES，成功同时生成10个焦点，并精确控制这些焦点之间的能量分布。”他们补充说。

科学家们预测:“实验结果表明，该方法将为WS在生物医学成像、光子治疗、光遗传学、动态全息显示等方面的应用开辟一条新的道路。”

DOI 10.1038 / s41377 - 021 - 00591 - w

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