傅立叶Ptychographic显微镜（FPM）是一种成像过程，它通过计算平均值克服了传统的传统显微镜空间带宽产品（SBP）的限制。它利用使用低数值孔径（NA）物镜捕获的多个图像，并通过频域缝线实现高分辨率相成像。现有的FPM重建方法可以广泛地分为两种方法：基于迭代优化的方法，这些方法基于正向成像模型的物理学以及通常采用馈送深度学习框架的数据驱动方法。我们提出了一个混合模型驱动的残留网络，该网络将远期成像系统的知识与深度数据驱动的网络相结合。我们提出的架构LWGNET将传统的电线流优化算法展开为一种新型的神经网络设计，该设计通过复杂的卷积块增强了梯度图像。与其他传统的展开技术不同，LWGNET在PAR上执行时使用的阶段较少，甚至比现有的传统和深度学习技术更好，尤其是对于低成本和低动态范围CMOS传感器。低位深度和低成本传感器的性能提高有可能显着降低FPM成像设置的成本。最后，我们在收集到的实际数据上显示出始终提高的性能。

在许多图像处理任务中，深度学习方法的成功，最近还将深度学习方法引入了阶段检索问题。这些方法与传统的迭代优化方法不同，因为它们通常只需要一个强度测量，并且可以实时重建相位图像。但是，由于巨大的领域差异，这些方法给出的重建图像的质量仍然有很大的改进空间来满足一般应用要求。在本文中，我们设计了一种新型的深神经网络结构，名为Sisprnet，以基于单个傅立叶强度测量值进行相检索。为了有效利用测量的光谱信息，我们建议使用多层感知器（MLP）作为前端提出一个新的特征提取单元。它允许将输入强度图像的所有像素一起考虑，以探索其全局表示。 MLP的大小经过精心设计，以促进代表性特征的提取，同时减少噪音和异常值。辍学层还可以减轻训练MLP的过度拟合问题。为了促进重建图像中的全局相关性，将自我注意力的机制引入了提议的Sisprnet的上采样和重建（UR）块。这些UR块被插入残留的学习结构中，以防止由于其复杂的层结构而导致的较弱的信息流和消失的梯度问题。使用线性相关幅度和相位的仅相位图像和图像的不同测试数据集对所提出的模型进行了广泛的评估。在光学实验平台上进行了实验，以了解在实用环境中工作时不同深度学习方法的性能。

相位检索（PR）是从其仅限强度测量中恢复复杂值信号的长期挑战，由于其在数字成像中的广泛应用，引起了很大的关注。最近，开发了基于深度学习的方法，这些方法在单发PR中取得了成功。这些方法需要单个傅立叶强度测量，而无需对测量数据施加任何其他约束。然而，由于PR问题的输入和输出域之间存在很大的差异，香草深神经网络（DNN）并没有提供良好的性能。物理信息的方法试图将傅立叶强度测量结果纳入提高重建精度的迭代方法。但是，它需要一个冗长的计算过程，并且仍然无法保证准确性。此外，其中许多方法都在模拟数据上工作，这些数据忽略了一些常见问题，例如实用光学PR系统中的饱和度和量化错误。在本文中，提出了一种新型的物理驱动的多尺度DNN结构，称为PPRNET。与其他基于深度学习的PR方法类似，PPRNET仅需要一个傅立叶强度测量。物理驱动的是，网络被指导遵循不同尺度的傅立叶强度测量，以提高重建精度。 PPRNET具有前馈结构，可以端到端训练。因此，它比传统物理驱动的PR方法更快，更准确。进行了实用光学平台上的大量模拟和实验。结果证明了拟议的PPRNET比传统的基于基于学习的PR方法的优势和实用性。

Spatially varying spectral modulation can be implemented using a liquid crystal spatial light modulator (SLM) since it provides an array of liquid crystal cells, each of which can be purposed to act as a programmable spectral filter array. However, such an optical setup suffers from strong optical aberrations due to the unintended phase modulation, precluding spectral modulation at high spatial resolutions. In this work, we propose a novel computational approach for the practical implementation of phase SLMs for implementing spatially varying spectral filters. We provide a careful and systematic analysis of the aberrations arising out of phase SLMs for the purposes of spatially varying spectral modulation. The analysis naturally leads us to a set of "good patterns" that minimize the optical aberrations. We then train a deep network that overcomes any residual aberrations, thereby achieving ideal spectral modulation at high spatial resolution. We show a number of unique operating points with our prototype including dynamic spectral filtering, material classification, and single- and multi-image hyperspectral imaging.

由智能手机和中端相机捕获的照片的空间分辨率和动态范围有限，在饱和区域中未充满刺激的区域和颜色人工制品中的嘈杂响应。本文介绍了第一种方法（据我们所知），以重建高分辨率，高动态范围的颜色图像，这些颜色来自带有曝光括号的手持相机捕获的原始照相爆发。该方法使用图像形成的物理精确模型来结合迭代优化算法，用于求解相应的逆问题和学习的图像表示，以进行健壮的比对，并以前的自然图像。所提出的算法很快，与基于最新的学习图像恢复方法相比，内存需求较低，并且从合成但逼真的数据终止学习的特征。广泛的实验证明了其出色的性能，具有最多$ \ times 4 $的超分辨率因子在野外拍摄的带有手持相机的真实照片，以及对低光条件，噪音，摄像机摇动和中等物体运动的高度鲁棒性。

光学系统的可区分模拟可以与基于深度学习的重建网络结合使用，以通过端到端（E2E）优化光学编码器和深度解码器来实现高性能计算成像。这使成像应用程序（例如3D定位显微镜，深度估计和无透镜摄影）通过优化局部光学编码器。更具挑战性的计算成像应用，例如将3D卷压入单个2D图像的3D快照显微镜，需要高度非本地光学编码器。我们表明，现有的深网解码器具有局部性偏差，可防止这种高度非本地光学编码器的优化。我们使用全球内核傅里叶卷积神经网络（Fouriernets）基于浅神经网络体系结构的解码器来解决此问题。我们表明，在高度非本地分散镜头光学编码器捕获的照片中，傅立叶网络超过了现有的基于网络的解码器。此外，我们表明傅里叶可以对3D快照显微镜的高度非本地光学编码器进行E2E优化。通过将傅立叶网和大规模多GPU可区分的光学模拟相结合，我们能够优化非本地光学编码器170 $ \ times $ \ times $ tos 7372 $ \ times $ \ times $ \ times $比以前的最新状态，并证明了ROI的潜力-type特定的光学编码使用可编程显微镜。

在许多计算机视觉应用程序中，对高动态范围（HDR）场景的能力至关重要。然而，传统传感器的动态范围基本上受其井容量的限制，导致明亮场景部件的饱和度。为了克服这种限制，新兴传感器提供了用于编码入射辐照度的像素处理能力。在最有前途的编码方案中，模数包装，其导致计算机拍摄场景由来自包裹的低动态（LDR）传感器图像的辐照法展开算法计算的计算摄影问题。在这里，我们设计了一种基于神经网络的算法，优于先前的辐照度展示方法，更重要的是，我们设计了一种感知的激发灵感的“螳螂”编码方案，从而更有效地将HDR场景包装到LDR传感器中。结合我们的重建框架，Mantissacam在模型快照HDR成像方法中实现了最先进的结果。我们展示了我们在模拟中的效果，并显示了用可编程传感器实现的原型尾涂的初步结果。

间接飞行时间（ITOF）相机是一个有希望的深度传感技术。然而，它们容易出现由多路径干扰（MPI）和低信噪比（SNR）引起的错误。传统方法，在去噪后，通过估计编码深度的瞬态图像来减轻MPI。最近，在不使用中间瞬态表示的情况下，共同去噪和减轻MPI的数据驱动方法已经成为最先进的。在本文中，我们建议重新审视瞬态代表。使用数据驱动的Priors，我们将其插入/推断ITOF频率并使用它们来估计瞬态图像。给定直接TOF（DTOF）传感器捕获瞬态图像，我们将我们的方法命名为ITOF2DTOF。瞬态表示是灵活的。它可以集成与基于规则的深度感测算法，对低SNR具有强大，并且可以处理实际上出现的模糊场景（例如，镜面MPI，光学串扰）。我们在真正深度传感方案中展示了先前方法上的ITOF2DTOF的好处。

Ever since the first microscope by Zacharias Janssen in the late 16th century, scientists have been inventing new types of microscopes for various tasks. Inventing a novel architecture demands years, if not decades, worth of scientific experience and creativity. In this work, we introduce Differentiable Microscopy ($\partial\mu$), a deep learning-based design paradigm, to aid scientists design new interpretable microscope architectures. Differentiable microscopy first models a common physics-based optical system however with trainable optical elements at key locations on the optical path. Using pre-acquired data, we then train the model end-to-end for a task of interest. The learnt design proposal can then be simplified by interpreting the learnt optical elements. As a first demonstration, based on the optical 4-$f$ system, we present an all-optical quantitative phase microscope (QPM) design that requires no computational post-reconstruction. A follow-up literature survey suggested that the learnt architecture is similar to the generalized phase contrast method developed two decades ago. Our extensive experiments on multiple datasets that include biological samples show that our learnt all-optical QPM designs consistently outperform existing methods. We experimentally verify the functionality of the optical 4-$f$ system based QPM design using a spatial light modulator. Furthermore, we also demonstrate that similar results can be achieved by an uninterpretable learning based method, namely diffractive deep neural networks (D2NN). The proposed differentiable microscopy framework supplements the creative process of designing new optical systems and would perhaps lead to unconventional but better optical designs.

来自单个运动模糊图像的视频重建是一个具有挑战性的问题，可以增强现有的相机的能力。最近，几种作品使用传统的成像和深度学习解决了这项任务。然而，由于方向模糊和噪声灵敏度，这种纯粹 - 数字方法本质上是有限的。一些作品提出使用非传统图像传感器解决这些限制，然而，这种传感器非常罕见和昂贵。为了使这些限制具有更简单的方法，我们提出了一种用于视频重建的混合光学 - 数字方法，其仅需要对现有光学系统的简单修改。在图像采集期间，在镜头孔径中使用学习的动态相位编码以对运动轨迹进行编码，该运动轨迹用作视频重建过程的先前信息。使用图像到视频卷积神经网络，所提出的计算相机以各种编码运动模糊图像的各种帧速率产生锐帧帧突发。与现有方法相比，我们使用模拟和现实世界的相机原型表现了优势和改进的性能。

由于多路径干扰（MPI），飞行时间（TOF）摄像机受高水平的噪声和扭曲。虽然最近的研究表明，2D神经网络能够以先前的传统最先进的（SOTA）方法胜过去噪，但已经完成了基于学习的方法的研究，以便直接使用存在的3D信息在深度图像中。在本文中，我们提出了一种在3D空间中运行的迭代去噪方法，该方法旨在通过启用3D点卷积来校正视图方向校正点的位置来学习2.5D数据。由于标记的现实世界数据稀缺了这项任务，我们进一步培训我们的网络，并在未标记的真实世界数据上培训我们的网络，以解释现实世界统计数据。我们展示我们的方法能够在多个数据集中倾斜SOTA方法，包括两个现实世界数据集和本文介绍的新的大规模合成数据集。

强度衍射断层扫描（IDT）是指用于从一组仅2D强度测量的样品成像样品的3D折射率（RI）分布的一类光学显微镜技术。由于相位信息的丢失和缺失的锥体问题，无伪影RI地图的重建是IDT的一个基本挑战。神经领域（NF）最近成为一种新的深度学习方法（DL），用于学习物理领域的连续表示。 NF使用基于坐标的神经网络来表示该场，通过将空间坐标映射到相应的物理量，在我们的情况下，复杂价值的折射率值。我们将DEPAF作为第一种基于NF的IDT方法，可以从仅强度和有限角度的测量值中学习RI体积的高质量连续表示。 DECAF中的表示形式是通过使用IDT向前模型直接从测试样品的测量值中学到的，而无需任何地面真相图。我们对模拟和实验生物学样品进行定性和定量评估DECAF。我们的结果表明，DECAF可以生成高对比度和无伪影RI图，并导致MSE超过现有方法的2.1倍。

Benefiting from its single-photon sensitivity, single-photon avalanche diode (SPAD) array has been widely applied in various fields such as fluorescence lifetime imaging and quantum computing. However, large-scale high-fidelity single-photon imaging remains a big challenge, due to the complex hardware manufacture craft and heavy noise disturbance of SPAD arrays. In this work, we introduce deep learning into SPAD, enabling super-resolution single-photon imaging over an order of magnitude, with significant enhancement of bit depth and imaging quality. We first studied the complex photon flow model of SPAD electronics to accurately characterize multiple physical noise sources, and collected a real SPAD image dataset (64 $\times$ 32 pixels, 90 scenes, 10 different bit depth, 3 different illumination flux, 2790 images in total) to calibrate noise model parameters. With this real-world physical noise model, we for the first time synthesized a large-scale realistic single-photon image dataset (image pairs of 5 different resolutions with maximum megapixels, 17250 scenes, 10 different bit depth, 3 different illumination flux, 2.6 million images in total) for subsequent network training. To tackle the severe super-resolution challenge of SPAD inputs with low bit depth, low resolution, and heavy noise, we further built a deep transformer network with a content-adaptive self-attention mechanism and gated fusion modules, which can dig global contextual features to remove multi-source noise and extract full-frequency details. We applied the technique on a series of experiments including macroscopic and microscopic imaging, microfluidic inspection, and Fourier ptychography. The experiments validate the technique's state-of-the-art super-resolution SPAD imaging performance, with more than 5 dB superiority on PSNR compared to the existing methods.

基于掩模的无透镜相机可以是平坦的，薄型和轻质的，这使得它们适用于具有大表面积和任意形状的计算成像系统的新颖设计。尽管最近在无晶体相机的进展中，由于底层测量系统的不良状态，从透镜相机恢复的图像质量往往差。在本文中，我们建议使用编码照明来提高用无透镜相机重建的图像的质量。在我们的成像模型中，场景/物体被多种编码照明模式照亮，因为无透镜摄像机记录传感器测量。我们设计并测试了许多照明模式，并观察到变速点（和相关的正交）模式提供了最佳的整体性能。我们提出了一种快速和低复杂性的恢复算法，可利用我们系统中的可分离性和块对角线结构。我们提出了仿真结果和硬件实验结果，以证明我们的提出方法可以显着提高重建质量。

物理驱动的深度学习方法已成为计算磁共振成像（MRI）问题的强大工具，将重建性能推向新限制。本文概述了将物理信息纳入基于学习的MRI重建中的最新发展。我们考虑了用于计算MRI的线性和非线性正向模型的逆问题，并回顾了解决这些方法的经典方法。然后，我们专注于物理驱动的深度学习方法，涵盖了物理驱动的损失功能，插件方法，生成模型和展开的网络。我们重点介绍了特定于领域的挑战，例如神经网络的实现和复杂值的构建基块，以及具有线性和非线性正向模型的MRI转换应用。最后，我们讨论常见问题和开放挑战，并与物理驱动的学习与医学成像管道中的其他下游任务相结合时，与物理驱动的学习的重要性联系在一起。

数字全息图是一种3D成像技术，它通过向物体发射激光束并测量衍射波形的强度，称为全息图。对象的3D形状可以通过对捕获的全息图的数值分析并恢复发生的相位来获得。最近，深度学习（DL）方法已被用于更准确的全息处理。但是，大多数监督方法都需要大型数据集来训练该模型，由于样本或隐私问题的缺乏，大多数DH应用程序都很少获得。存在一些基于DL的恢复方法，不依赖配对图像的大数据集。尽管如此，这些方法中的大多数经常忽略控制波传播的基本物理法。这些方法提供了一个黑盒操作，无法解释，可以推广和转移到其他样本和应用程序。在这项工作中，我们提出了一种基于生成对抗网络的新DL体系结构，该架构使用判别网络来实现重建质量的语义度量，同时使用生成网络作为函数近似器来建模全息图的倒数。我们使用模拟退火驱动的渐进式掩蔽模块将恢复图像的背景部分强加于回收图像的背景部分，以增强重建质量。所提出的方法是一种表现出高传递性对类似样品的可传递性的方法之一，该方法促进了其在时间敏感应用程序中的快速部署，而无需重新培训网络。结果表明，重建质量（约5 dB PSNR增益）和噪声的鲁棒性（PSNR与噪声增加率降低约50％）的竞争者方法有了显着改善。

高动态范围（HDR）成像是一种允许广泛的动态曝光范围的技术，这在图像处理，计算机图形和计算机视觉中很重要。近年来，使用深度学习（DL），HDR成像有重大进展。本研究对深层HDR成像方法的最新发展进行了综合和富有洞察力的调查和分析。在分层和结构上，将现有的深层HDR成像方法基于（1）输入曝光的数量/域，（2）学习任务数，（3）新传感器数据，（4）新的学习策略，（5）应用程序。重要的是，我们对关于其潜在和挑战的每个类别提供建设性的讨论。此外，我们审查了深度HDR成像的一些关键方面，例如数据集和评估指标。最后，我们突出了一些打开的问题，并指出了未来的研究方向。

Foveated imaging provides a better tradeoff between situational awareness (field of view) and resolution and is critical in long-wavelength infrared regimes because of the size, weight, power, and cost of thermal sensors. We demonstrate computational foveated imaging by exploiting the ability of a meta-optical frontend to discriminate between different polarization states and a computational backend to reconstruct the captured image/video. The frontend is a three-element optic: the first element which we call the "foveal" element is a metalens that focuses s-polarized light at a distance of $f_1$ without affecting the p-polarized light; the second element which we call the "perifoveal" element is another metalens that focuses p-polarized light at a distance of $f_2$ without affecting the s-polarized light. The third element is a freely rotating polarizer that dynamically changes the mixing ratios between the two polarization states. Both the foveal element (focal length = 150mm; diameter = 75mm), and the perifoveal element (focal length = 25mm; diameter = 25mm) were fabricated as polarization-sensitive, all-silicon, meta surfaces resulting in a large-aperture, 1:6 foveal expansion, thermal imaging capability. A computational backend then utilizes a deep image prior to separate the resultant multiplexed image or video into a foveated image consisting of a high-resolution center and a lower-resolution large field of view context. We build a first-of-its-kind prototype system and demonstrate 12 frames per second real-time, thermal, foveated image, and video capture in the wild.

作为一种引起巨大关注的新兴技术，通过分析继电器表面上的漫反射来重建隐藏物体的非视线（NLOS）成像，具有广泛的应用前景，在自主驾驶，医学成像和医学成像领域防御。尽管信噪比低（SNR）和高不良效率的挑战，但近年来，NLOS成像已迅速发展。大多数当前的NLOS成像技术使用传统的物理模型，通过主动或被动照明构建成像模型，并使用重建算法来恢复隐藏场景。此外，NLOS成像的深度学习算法最近也得到了很多关注。本文介绍了常规和深度学习的NLOS成像技术的全面概述。此外，我们还调查了新的拟议的NLOS场景，并讨论了现有技术的挑战和前景。这样的调查可以帮助读者概述不同类型的NLOS成像，从而加速了在角落周围看到的发展。

Tomographic SAR technique has attracted remarkable interest for its ability of three-dimensional resolving along the elevation direction via a stack of SAR images collected from different cross-track angles. The emerged compressed sensing (CS)-based algorithms have been introduced into TomoSAR considering its super-resolution ability with limited samples. However, the conventional CS-based methods suffer from several drawbacks, including weak noise resistance, high computational complexity, and complex parameter fine-tuning. Aiming at efficient TomoSAR imaging, this paper proposes a novel efficient sparse unfolding network based on the analytic learned iterative shrinkage thresholding algorithm (ALISTA) architecture with adaptive threshold, named Adaptive Threshold ALISTA-based Sparse Imaging Network (ATASI-Net). The weight matrix in each layer of ATASI-Net is pre-computed as the solution of an off-line optimization problem, leaving only two scalar parameters to be learned from data, which significantly simplifies the training stage. In addition, adaptive threshold is introduced for each azimuth-range pixel, enabling the threshold shrinkage to be not only layer-varied but also element-wise. Moreover, the final learned thresholds can be visualized and combined with the SAR image semantics for mutual feedback. Finally, extensive experiments on simulated and real data are carried out to demonstrate the effectiveness and efficiency of the proposed method.