通用点扩散函数框架在三维光学信息处理中的应用

加州大学洛杉矶分校（UCLA）萨缪利工程学院的工程师们推出了一种用于点扩散函数（PSF）工程的通用框架。该框架利用衍射光学处理器，能够合成任意、空间变化的三维PSF。相关研究发表在期刊《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）上。

该框架可实现先进的成像能力——例如单次曝光三维多光谱成像——而无需使用光谱滤波器、轴向扫描或数字重建。

PSF工程在现代显微技术、光谱学和计算成像中发挥着重要作用。传统技术通常在光瞳面采用相位掩模，这限制了可实现PSF结构的复杂性和数学表达形式。

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使用空间非相干衍射光学处理器的 3D PSF 工程

UCLA开发的这一方法，通过利用深度学习算法优化的一系列被动表面，实现了任意、空间变化的三维PSF工程，从而构建了一个物理衍射光学处理器。

通过广泛的分析，研究人员表明，这些衍射处理器能够近似输入与输出三维空间内光学强度分布之间的任何线性变换。这实现了对光在三维空间内精确的、衍射极限的控制，为三维光学信息处理中高度定制化和复杂的光学功能奠定了基础。

通过联合设计三维PSF的空间和光谱特性，该框架支持强大的成像模式，例如单次曝光三维多光谱成像——无需机械扫描、光谱滤波器或计算后处理即可实现。这种全光学方法为高速、高通量光学系统提供了无与伦比的多功能性。

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使用空间非相干衍射光学处理器的快照多光谱 3D 成像

这项工作标志着计算成像、光学传感与光谱学以及三维光学信息处理未来发展的一个重要里程碑。潜在应用包括紧凑型多光谱成像仪、高通量三维显微平台以及新型光学数据编码与传输系统。

该研究由UCLA电子与计算机工程系及加州纳米系统研究所（CNSI）的Md Sadman Sakib Rahman博士和Aydogan Ozcan博士完成。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41377-025-01887-x