論文の概要: High-resolution wide-field magnetic imaging with sparse sampling using nitrogen-vacancy centers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.00679v1
- Date: Sat, 31 Jan 2026 11:54:19 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-03 19:28:33.332301
- Title: High-resolution wide-field magnetic imaging with sparse sampling using nitrogen-vacancy centers
- Title（参考訳）: 窒素空孔中心を用いたスパースサンプリングによる高分解能広磁場イメージング
- Authors: Keqing Liu, Jiazhao Tian, Bokun Duan, Hao Zhang, Kangze Li, Guofeng Zhang, Fedor Jelezko, Ressa S. Said, Jianming Cai, Liantuan Xiao,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は定量的な磁気イメージングを可能にする。
少数の測定値から高解像度広視野画像を再構成するためのスパースサンプリング手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.067544639411884
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond enable quantitative magnetic imaging, yet practical implementations must balance spatial resolution against acquisition time (and thus per-pixel sensitivity). Single-NV scanning magnetometry achieves genuine nanoscale resolution, nonetheless requires typically a slow pixel-by-pixel acquisition. Meanwhile, wide-field NV-ensemble microscopy provides parallel readout over a large field of view, however is jointly limited by the optical diffraction limit and the sensor-sample standoff. Here, we present a sparse-sampling strategy for reconstructing high-resolution wide-field images from only a small number of measurements. Using simulated NV-ensemble detection of ac magnetic fields, we show that a mean-adjusted Bayesian estimation (MABE) framework can reconstruct 10000-pixel images from only 25 sampling points, achieving SSIM values exceeding 0.999 for representative smooth field distributions, while optimized dynamical-decoupling pulse sequences yield an approximately twofold improvement in magnetic-field sensitivity. The method further clarifies how sampling patterns and sampling density affect reconstruction accuracy and suggests a route toward faster and more scalable magnetic-imaging architectures that may extend to point-scanning NV sensors and other magnetometry platforms, such as SQUIDs, Hall probes, and magnetic tunnel junctions.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は定量的な磁気イメージングを可能にするが、実際の実装では空間分解能と取得時間(ピクセルごとの感度)のバランスをとる必要がある。
単NV走査磁力計は真のナノスケールの解像度を達成するが、通常はピクセル単位での取得が遅い。
一方、広視野NVアンサンブル顕微鏡は、広い視野での並列読み出しを提供するが、光回折限界とセンササンプルのスタンドオフによって、共同で制限される。
本稿では,少数の測定値から高分解能広視野画像を再構成するスパースサンプリング手法を提案する。
Ac磁場のシミュレーション的NVアンサンブル検出を用いて,25個のサンプリング点から平均調整ベイズ推定(MABE)フレームワークを用いて10000画素の画像を再構成し,SSIM値が0.999以上となること,動的デカップリングパルス列の最適化により磁場感度の約2倍の改善が得られた。
さらに、サンプリングパターンとサンプリング密度が再構成精度にどのように影響するかを明らかにし、点走査型NVセンサやSQUID、ホールプローブ、磁気トンネル接合などの磁気計測プラットフォームに拡張可能な、より高速でスケーラブルな磁気イメージングアーキテクチャへの経路を提案する。
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