Новая технология сделала вычислительную микроскопию устойчивой к помехам

Неопределённо-чувствительная фурье-птихография (UA-FP). Автор: Гонконгский университет

Профессор Эдмунд Лам, доктор Ни Чэнь и их исследовательская группа с факультета электротехники и электроники Гонконгского университета разработали новую технологию неопределённо-чувствительной фурье-птихографии (UA-FP), которая значительно повышает стабильность систем визуализации в сложных реальных условиях. Исследование опубликовано в журнале Light: Science & Applications.

Фурье-птихография, широко признанная краеугольным камнем вычислительной визуализации, позволяет получать изображения с широким полем обзора и высоким разрешением, находя применение в областях от микроскопии до рентгеновских лучей и дистанционного зондирования. Однако её практическому внедрению долгое время мешали неточное выравнивание, оптические аберрации и низкое качество данных — проблемы, общие для всех областей вычислительной визуализации.

Фреймворк UA-FP инновационно включает параметры неопределённости в полностью дифференцируемую вычислительную модель, позволяя одновременно проводить количественную оценку и коррекцию системной неопределённости и значительно улучшать качество изображения — даже в неоптимальных условиях или условиях, подверженных помехам. Этот прорыв представляет собой не только шаг вперёд в птихографии, но и преобразующее развитие для вычислительной визуализации в целом.

Основываясь на пионерской работе команды в области дифференцируемой визуализации с 2021 года, UA-FP использует дифференцируемое программирование — фундаментальный принцип, лежащий в основе глубокого обучения — для создания сквозной вычислительной структуры, которая бесшовно интегрирует оптическое оборудование, математическое моделирование и алгоритмическую реконструкцию.

Этот единый подход объединяет аппаратное и программное обеспечение, гармонизируя теорию с практической реализацией и способствуя более глубокому междисциплинарному сотрудничеству между оптикой и вычислительной наукой. В результате дифференцируемая визуализация стала ключевым фактором будущих инноваций не только в вычислительной визуализации, но и в смежных технологических областях.

Профессор Лам, автор-корреспондент исследования, заявил:

«Встраивая неопределённости в дифференцируемую модель, мы сделали фурье-птихографию практичной и надёжной. Этот подход предоставляет план для продвижения многих других методов вычислительной визуализации».

Ведущий автор доктор Чэнь добавил:

«Это исследование — на сегодняшний день самое всеобъемлющее применение дифференцируемой визуализации. Оно показывает, как дифференцируемое программирование может объединить оптику и вычисления, открывая новые возможности в науке и технике».

Лам и Чэнь также опубликовали обзорную статью о дифференцируемой визуализации в журнале Advanced Devices & Instrumentation.

Больше информации: Ni Chen et al, Uncertainty-aware Fourier ptychography, Light: Science & Applications (2025). DOI: 10.1038/s41377-025-01915-w
Ni Chen et al, Differentiable Imaging: Progress, Challenges, and Outlook, Advanced Devices & Instrumentation (2025). DOI: 10.34133/adi.0117

Источник: Гонконгский университет