现代显微镜技术越来越要求在现实实验条件下实现稳定和高通量操作。对于透明或弱吸收的样本，相位信息编码了由折射率和厚度引起的光路长度的变化，因此是结构和形态信息的主要载体[1]。因此，定量相位成像已成为无标记显微镜的核心技术[[2], [3], [4], [5]]。然而，在实际系统中，不可避免的不确定性（如机械漂移、参数偏差和探测器噪声）常常会降低重建的保真度。尽管这些扰动在测量层面可能很微妙，但在反演过程中可能会被显著放大，导致不稳定性、伪影和精细结构细节的丢失。这种敏感性从根本上限制了定量相位成像在复杂样本和长期采集场景中的可靠性[[6], [7], [8]]。多帧计算成像策略已被广泛探索，以克服传统显微镜中空间分辨率和视场之间的固有权衡[[9], [10], [11], [12], [13], [14]]。通过引入测量冗余性，这些方法将信息恢复从光学硬件转移到计算反演，原则上可以实现复数值重建[[15], [16], [17]]。然而，在实践中，大多数现有的多帧相位成像方法依赖于精确的照明控制或严格的系统校准。因此，它们的重建性能对模型不匹配非常敏感，即使是微小的实验波动也可能导致图像质量的迅速下降[18]。这种对理想化系统条件的依赖仍然是实际成像环境中鲁棒部署的主要障碍。
因此，适用于高通量定量相位成像的成像机制应满足几个基本标准。它应该通过多次观测引入足够的冗余性以超越分辨率限制，同时避免依赖复杂的照明调制或严格的系统校准。同时，它应该在实际条件下保持结构简单性和长期稳定性。受到这些要求的启发，引入检测路径中随机结构调制的成像策略受到了越来越多的关注。通过随机散射或结构调制生成多个统计相关的测量值，这些方法在不显著增加系统复杂性的情况下增强了信息多样性[19,20]。作为这一概念的代表性实现，衍射结构调制（PSM）显微镜在检测路径中使用一个可横向移动的薄散射调制器，将单次采集转换为具有固有统计冗余性的调制强度测量值[21]。这种策略在不改变照明方案或物镜配置的情况下，有效地扩展了系统的通带，并实现了复杂样本波前的超分辨率重建。由于重建主要取决于样本平面处的出射波场，并且对照明分布和样本厚度的依赖性较低，PSM显微镜与实际显微镜平台的兼容性较好[22]。尽管具有理论潜力，但在实际实验中，重建稳定性仍然有限。在调制器定位错误、系统建模不完整或测量噪声存在的情况下，传统的重建程序常常会出现伪影、对比度下降或收敛失败[23]。
大多数现有的PSM显微镜重建方法采用像素域最大似然估计或交替投影方案，其中通过预测强度和测量强度之间的逐点匹配来强制多帧一致性[[24], [25], [26], [27]]。虽然这些方法在理想化模型和精确位移校准下表现良好，但当模型假设被违反时，它们的性能会迅速下降。重要的是，这种性能下降并不仅仅是由于算法效率低下或硬件缺陷。相反，它反映了在一致性建模方面的根本不匹配。在这种成像模式下，调制测量之间的冗余性主要体现在结构和统计等价性上，而不是严格的逐像素对应关系。当使用像素级差异作为主要的一致性标准时，小的几何扰动或噪声波动会被放大，扭曲优化景观并加剧非凸相位恢复问题中的局部最小值[28]。在计算成像和相位恢复的相关领域，已经证明特征域一致性在模型不确定性下提供了更稳定的测量等价性表示[[29], [30], [31], [32], [33]]。这种方法不依赖于语义先验或数据驱动的推理，而是利用对平移、照明变化和适度噪声不那么敏感的结构特征表示。尽管在其他相位恢复场景中展示了其优势，但特征域一致性对PSM显微镜的相关性尚未得到系统性的研究。鉴于这种成像机制的强大之处在于多帧调制引起的统计冗余性，而不是精确的像素对齐，因此不应将像素域一致性视为唯一的或必然的最佳约束。
基于这些考虑，本研究探讨了将特征域一致性纳入PSM显微镜重建中。在不修改潜在的物理正向模型的情况下，采用鲁棒的结构特征表示来量化预测观测和测量观测之间的差异，从而更忠实地捕捉调制帧之间的统计等价性。结合基于小批量复数值更新的多帧联合优化策略，这种方法在位移误差和低信噪比条件下提高了重建稳定性、对比度和空间分辨率。全面的仿真、分辨率目标实验和生物样本成像表明，特征域一致性对PSM显微镜具有显著的好处。结果表明，这种一致性建模不是一种辅助的工程调整，而是一种与成像机制的冗余结构本质上一致的重建策略。这项研究为PSM显微镜的鲁棒重建提供了新的见解，并为在现实实验不确定性下运行的多帧计算成像系统中设计一致性模型提供了通用视角。
