文 献 综 述
摘要：作为新型的相干衍射成像（Coherent Diffractive Imaging）方法，PIE（Ptychography Iterative Engine）是一种利用衍射理论、卷积定理和奈奎斯特抽样定理，从所记录的散射斑强度直接用迭代算法重建被测物体相位分布的非透镜成像技术。它于 2004 年由英国谢菲尔德大学教授John Rodenburg 提出，和传统的 CDI 算法相比， PIE 具有成像范围可扩展、视场不受 CCD 尺寸的限制、收敛速度快和抗噪声干扰能力强等优点。本课围绕相干衍射成像原理和应用展开研究。
关键字：相干衍射成像；PIE；迭代算法；重组相位
- 研究背景
在许多情况下，利用传统的显微成像技术并不能观察到我们所想要观察的物体。细胞就是一个很好的例子；在可见光波段它们的吸收很少以致于细胞在显微镜焦点处观察到的像与周围环境几乎是零对比的。在反射显微成像下观察到的半导体晶片是另一个例子，在该情况下薄膜也不能明显改变反射光的比例。在上述两个例子中，样本都明显影响了入射光的相位；如果这个改变的相位可以被用来改变测量平面的光强度，那么所产生的图像就能够与背景明显区分，那么就能够将不可见的物体变得“可见”。
在传统的标准显微镜上应用两种相差技术得到两种相差显微镜：微分干涉差显微镜和泽尼克相差显微镜。但是这两种显微镜并不能将测得的相位量化。随着相差的可测量，样本的性质，如厚度的变化，表面特征以及折射率的变化都能够被推算出来。另外，量化相位系统能够恢复入射到样本上的光的复振幅，那么就有可能改变入射光产生的焦点，并且得到物体的三维信息。虽然全息显微镜和基于TIE方法也能够得到上述可知的物体信息，但是在全息成像中需要提供参考光，在TIE成像中需要假设线性，这些需求使得实际操作变得困难。在这种背景下，PIE（叠层）成像技术应运而生。PIE成像是CDI（相干衍射）成像的一种形式，CDI成像是利用衍射理论和卷积定理，在满足Nyquist抽样定理的条件下，通过记录的一幅或者多幅夫琅禾费衍射面或菲涅尔衍射面上的光强信息，直接计算或者通过迭代运算找回丢失的相位信息的方法。基于叠层成像原理的扫描相干衍射（PIE）成像方法是由Hoppe为了研究晶体结构所提出的，并通过研究晶体和非晶体的扫描透射电子衍射显微成像，验证此方法的有效性。Rodenburg和Falkner等结合相位恢复算法将此方法多次改进，目前这种成像方法已在可见光域、X射线、电子显微镜等不同波段得到了实验证实，并发展出若干种技术以提高成像质量以及分辨率，该技术显示了在大幅面成像和高分辨成像方面的巨大潜力。叠层成像术是通过改变照明光束和样品的相对位置，获得系列交叠区域的衍射图样，恢复得到样品的复振幅分布。与传统的衍射成像相比，此成像系统无须透镜，不但避免了透镜的像差对成像恢复质量的影响，而且也消除了数值孔径对样品尺寸的限制；由于“层”与“层”之间的约束，样品的复振幅是所有“层”的共解，因此不但成像恢复的收敛速度快，而且也消除了正确解和复共轭之间的二义性。叠层成像术可以说是一种稳健而简约的显微成像技术。
二、研究现状
2.1 国外研究现状
目前国际上主要有三种迭代算法来实现相干衍射成像：1.GS算法；2.HIO算法
3.TIE算法。
GS算法
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