pticografía de Fourier

La pticografía de Fourier es una técnica de imagen computacional basada en la microscopía óptica que consiste en la síntesis de una apertura numérica más amplia a partir de un conjunto de imágenes de campo completo adquiridas en varios ángulos de iluminación coherente , ^{[ 1 ] [ 2 ]} lo que resulta en una mayor resolución en comparación con un microscopio convencional .

Cada imagen se adquiere bajo la iluminación de una fuente de luz coherente en varios ángulos de incidencia (normalmente desde una matriz de LED); el conjunto de imágenes adquiridas se combina luego utilizando un algoritmo iterativo de recuperación de fase en una imagen final de alta resolución que puede contener hasta mil millones de píxeles (un gigapíxel) con resolución limitada por difracción , lo que da como resultado un alto producto ancho de banda espacial .

La pticografía de Fourier reconstruye la imagen compleja del objeto (con información cuantitativa de fase ), pero a diferencia de la holografía , es una técnica de imagen no interferométrica y, por lo tanto, suele ser más fácil de implementar.

El nombre "pticografía" proviene de la antigua palabra griega πτυχή ("ptychē", que significa "plegar", también presente en la palabra tríptico ), porque la técnica se basa en múltiples "vistas" del objeto.

Los algoritmos de reconstrucción de imágenes se basan en la recuperación iterativa de fase , ^{[ 3 ]} ya sea relacionada con el algoritmo de Gerchberg-Saxton o basada en métodos de relajación convexa . ^{[ 4 ]} Al igual que en la pticografía en el espacio real , la solución del problema de fase se basa en la misma restricción matemática de invariancia de desplazamiento, excepto que en la pticografía de Fourier es el patrón de difracción en el plano focal posterior el que se mueve con respecto a la apertura del plano focal posterior . (En la pticografía tradicional , la iluminación se mueve con respecto a la muestra). Por lo tanto, muchos algoritmos de reconstrucción utilizados en la pticografía en el espacio real se utilizan en la pticografía de Fourier, más comúnmente PIE ^{[ 5 ] [ 6 ]} y variantes como ePIE ^{[ 7 ]} y 3PIE. ^{[ 8 ]} Las variantes de estos algoritmos permiten la reconstrucción simultánea de la función de pupila de un sistema óptico, ^{[ 9 ]} lo que permite la corrección de las aberraciones del objetivo del microscopio y la tomografía de difracción ^{[ 10 ]} que permite la reconstrucción 3D de objetos de muestra delgados sin requerir el escaneo angular de la muestra necesario para las tomografías computarizadas .

La pticografía de Fourier se puede implementar fácilmente en un microscopio óptico convencional reemplazando la fuente de iluminación por una matriz de LED y mejorando la resolución óptica en un factor de 2 (con solo iluminación de campo claro) o más (cuando se incluyen imágenes de campo oscuro en la reconstrucción).

Una de las principales ventajas de la pticografía de Fourier es la posibilidad de utilizar un objetivo de microscopio con una apertura numérica menor sin sacrificar la resolución. El uso de una apertura numérica menor permite un mayor campo de visión , una mayor profundidad de campo y una mayor distancia de trabajo. Además, posibilita una apertura numérica efectiva mayor que 1 sin necesidad de inmersión en aceite . ^{[ 11 ]}

A diferencia de la pticografía de Fourier, la pticografía (convencional) intercambia el rol del elemento de enfoque, pasando de ser un objetivo a un condensador , y se basa en la adquisición de difractogramas con diversidad de posición de iluminación. Sin embargo, ambas técnicas se basan en la determinación del espectro angular del objeto mediante un procedimiento de recuperación de fase ^{[ 12 ]} y, en esencia, reconstruyen la misma información. Por lo tanto, la pticografía de Fourier y la pticografía convencional constituyen un puente entre la imagen de difracción coherente y la microscopía de campo completo .

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