無透鏡全息術(shù)中常見的障礙是成像對(duì)象的計(jì)算重建。傳統(tǒng)的重建方法需要詳細(xì)了解實(shí)驗(yàn)設(shè)置才能進(jìn)行精確重建，并且對(duì)難以控制的變量（如光學(xué)像差、噪聲的存在和孿生圖像問題）敏感。

研究團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了一種深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以提高圖像重建的質(zhì)量。這種新穎的、未經(jīng)訓(xùn)練的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了全變異正則化以增加對(duì)比度，并考慮了源的寬頻譜帶寬。

與需要訓(xùn)練數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)計(jì)算重建方法不同，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過在算法中嵌入物理模型來消除訓(xùn)練的需要。除了全息圖像重建外，中性網(wǎng)絡(luò)還提供從單個(gè)衍射強(qiáng)度模式中恢復(fù)的盲源光譜，這標(biāo)志著與以前所有監(jiān)督學(xué)習(xí)技術(shù)的突破性背離。

本研究中展示的未經(jīng)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)允許研究人員使用新型光源，而無需事先了解光源光譜或光束輪廓，例如上面描述的新穎和最小的已知硅LED，通過完全商業(yè)化，未經(jīng)修改的批量CMOS微電子制造。

研究人員設(shè)想，CMOS微型LED和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的這種協(xié)同組合可用于其他計(jì)算成像應(yīng)用，例如用于活細(xì)胞跟蹤的緊湊型顯微鏡或生物組織（如活植物）的光譜成像。這項(xiàng)工作還證明了下一代片上成像系統(tǒng)的可行性。在線全息顯微鏡已被用于各種應(yīng)用，包括顆粒跟蹤、環(huán)境監(jiān)測、生物樣品成像和計(jì)量學(xué)。進(jìn)一步的應(yīng)用包括在CMOS中排列這些LED，以便將來為更復(fù)雜的系統(tǒng)生成可編程相干照明。

Optica論文的主要作者兼麻省理工學(xué)院的研究助理Iksung Kang說：“我們的突破代表了概念驗(yàn)證，可能對(duì)需要使用micro-LED的眾多應(yīng)用產(chǎn)生巨大影響。例如，該LED可以組合成一個(gè)陣列，以獲得更大規(guī)模應(yīng)用所需的更高水平的照明。此外，由于微電子CMOS工藝的低成本和可擴(kuò)展性，可以在不增加系統(tǒng)復(fù)雜性、成本或外形尺寸的情況下完成此操作。這使我們能夠相對(duì)輕松地將手機(jī)相機(jī)轉(zhuǎn)換為這種類型的全息顯微鏡。此外，控制電子設(shè)備甚至成像儀都可以通過利用過程中可用的電子設(shè)備集成到同一個(gè)芯片中，從而創(chuàng)建一個(gè)一體化的微型LED，可能對(duì)該領(lǐng)域產(chǎn)生變革。

麻省理工學(xué)院電氣工程教授，兩篇論文的共同作者，SMART CAMP和DiSTAP首席研究員Rajeev Ram補(bǔ)充道：“除了在無透鏡全息技術(shù)方面的巨大潛力之外，我們的新型LED還具有廣泛的其他可能應(yīng)用。由于其波長在生物組織的最小吸收窗口內(nèi)，加上其高強(qiáng)度和納米級(jí)發(fā)射區(qū)域，我們的LED可能是生物成像和生物傳感應(yīng)用的理想選擇，包括近場顯微鏡和植入式CMOS設(shè)備。此外，可以將這種LED與片上光電探測器集成，然后它可以在片上通信，NIR接近傳感和光子學(xué)的晶圓測試中找到進(jìn)一步的應(yīng)用�！�

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