La microscopía computacional se ha convertido en una herramienta esencial en biomedicina y ciencia de materiales. Sin embargo, las técnicas tradicionales se enfrentan a desafíos significativos, como aberraciones ópticas, ruido en las imágenes y discrepancias entre los modelos físicos y la realidad, lo que limita la resolución y precisión de los resultados obtenidos. Estas metodologías se basan en la optimización a nivel de píxel, un enfoque que no siempre garantiza la calidad de las imágenes en entornos complejos. Por ello, la necesidad de desarrollar métodos de imagen más precisos y estables ha cobrado gran relevancia en la investigación actual.
Recientemente, un estudio publicado en Advanced Science por el profesor Pan An del Instituto de Óptica y Mecánica de Precisión de Xi’an, junto con el equipo del profesor Cao Liangcai de la Universidad de Tsinghua, ha presentado un nuevo enfoque denominado recuperación de fase en el dominio de características (FD-PR). Este método promete una mejora significativa en la resolución de imágenes y resistencia a interferencias, representando un avance importante en el campo de la microscopía computacional.
Innovaciones en la Recuperación de Imágenes
A diferencia de los métodos tradicionales basados en píxeles, el algoritmo FD-PR utiliza características estables como bordes y texturas de las imágenes para crear una función de pérdida en el dominio de características, lo que permite una reconstrucción de la onda más efectiva. Este enfoque no solo aborda los problemas de ruido, sino que también mejora la robustez y adaptabilidad del proceso. Además, el marco de trabajo FD-PR incorpora un bloque de restricciones flexible que admite diferentes limitaciones ajustables, ampliando así su aplicabilidad en diversas áreas.
Las pruebas realizadas han demostrado que la metodología FD-PR destaca en múltiples aplicaciones. En el caso de la ptychografía de Fourier a campo completo, el nuevo método ha logrado eliminar el efecto de viñeteado, permitiendo obtener imágenes de alta resolución en un amplio campo de visión. Asimismo, en experimentos de ptychografía codificada sin ruido, el FD-PR ha superado a los algoritmos tradicionales en la reducción de ruido, mejora del contraste y calidad de reconstrucción.
En el ámbito de la holografía en línea, esta innovación combina límites físicos con técnicas de eliminación de ruido, logrando una recuperación de fase de alta calidad con una única exposición. En situaciones de recuperación de aberraciones grandes y ciegas, el método es capaz de restaurar aberraciones de hasta 6π.
El profesor Pan An comentó: «El FD-PR proporciona un marco de recuperación de fase universal y eficiente para la microscopía computacional, ofreciendo una gran adaptabilidad y robustez que apoyará el desarrollo de tecnologías de imagen de próxima generación.»
Más información:
Shuhe Zhang et al, High‐Fidelity Computational Microscopy via Feature‐Domain Phase Retrieval, Advanced Science (2025). DOI: 10.1002/advs.202413975
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
