仿生虾蛄眼偏振特性结构研究(简讯)

虾蛄眼具有强大的视觉系统,具有多光谱和偏振探测能力。以虾蛄眼微绒毛阵列结构为基础,进行仿生研究。针对偏振探测中的能量利用率以及空间分辨率的问题,仿生虾蛄眼微绒毛阵列结构,研究了孔阵列光子晶体结构,实现偏振滤波与光谱滤波的集成;根据虾蛄眼微绒毛具有光谱滤波及光信号吸收特性,以纳米线栅为仿生结构基础,实现偏振、光谱吸收特性的集成;依据虾蛄眼双向微绒毛阵列结构,以正交纳米线栅为仿生结构基础,实现单位像元的双向偏振吸收。     

多波长光声信号的时域与频域比较

为了分析在不同激发波长下不同组织/目标光声信号的时域与频域特点和差异,根据光声信号产生的基本原理,采用光声信号时域和频域分析方法,设计了石墨仿体和离体组织等不同样品的多光谱光声实验。结果表明,样品的光声信号在时域与频域所展示的性能有很大的不同,不同样品的光声信号的声谱是不同的,且在不同激发波长下的声谱的峰值所对应的频率均相同,因而可以用于组织特性的描述、组分识别等用途。此研究有助于利用光声成像实现组织识别,并为进一步利用频谱分析方法研究多光谱光声成像奠定了基础。     

激光脉宽和偏振效应对飞秒光丝诱导燃烧中间产物荧光光谱的影响

聚焦激光脉宽和偏振对飞秒光丝诱导燃烧场中间产物荧光光谱的影响,通过改变激光脉宽、偏振状态,观测了燃烧中间产物如OH、CH、CN、C_2分子和C原子的荧光光谱变化。结果发现:随着激光脉宽和偏振椭圆率增大,各组分荧光信号强度减小,这是因为光丝内激光钳制强度及等离子的密度与激光脉宽、偏振密切相关,进而导致多光子激发燃烧中间产物的信号随之变化。     

光电荷积累图像增强技术及其应用研究

介绍了基于光电荷积累的全局像素微弱信号提取技术,分析了用此方法提高图像信号幅度、降低随机噪声的基本原理,给出了图像增强提取的实验效果。     

双路频分复用荧光共焦显微探测技术研究

报道了结合频分复用技术来提高荧光共焦生物显微探测系统探测能力的实现原理和方法。通过对双路激发光信号的载频调制,将激发光聚焦到生物样品上产生荧光信号,再通过傅里叶变换、滤波和解调制过程,最后将两路荧光信号强度随时间变化曲线进行还原。实验搭建了紫外波段激励光源的双频复用荧光共焦显微成像系统,并成功探测到了鼠神经海马细胞样品发出的双点荧光信号。频分复用共焦显微成像系统能够多通道、实时、快速地探测生物细胞荧光信号,并具有较高的时间和空间分辨率。     

移频激发差分拉曼光谱仪的多波长光源设计

拉曼光谱检测常常受到荧光的干扰,影响了该技术的推广应用。移频激发差分拉曼光谱方法(SERDS方法)已被证明是一种有效的荧光抑制方法。SERDS实现荧光抑制的关键在于其特殊的激光光源,不仅要求其输出多个相近的波长,而且要求输出的激光功率较高、光谱线宽窄。采用Littrow光栅外腔半导体激光器原理设计实现了一种低成本、便携式的激光光源,可以在15nm的调谐范围内输出多个波长,光谱线宽小于0.2nm,输出功率可达80mW,适合用作移频激发差分拉曼光谱方法的多波长光源,实现拉曼光谱检测中对荧光干扰的抑制。     

阵列探测器在成像光谱偏振探测技术中的应用

为了在成像光谱偏振仪中应用近红外焦平面阵列探测器,得到高质量图像信息,结合新型弹光调制型成像光谱偏振探测技术(PEM-ISP),提出了一种基于近红外焦平面阵列探测器的成像光谱偏振探测技术。系统采用FPA-640512 InGaAs焦平面阵列探测器作为光学探测接收元件,采用高速现场可编程门阵列(FPGA)作为信号处理单元,做到对光学信号的快速采集与并行处理,满足高速、实时的信号传输与处理技术等要求。将经高速A/D采集得到的数据存储到FPGA外扩的静态随机存储器中,以保证数据的完整性。数据最终通过通用串行总线传至上位机,上位机通过LabVIEW实现图像还原。结果表明,该系统可以应用于PEM-ISP中,实现对测量信号的精确探测与采集,并得到完整的图像信息。     

罗丹明B的飞秒双光子荧光显微成像研究

利用宽带飞秒振荡器作为激发光源搭建了双光子荧光显微成像系统,在飞秒脉冲的宽带激发下,测量了罗丹明B溶液的双光子荧光光谱,开展了罗丹明B固体样品的双光子荧光显微成像研究。在双光子荧光显微成像研究中,通过调节激发脉冲的功率,分析了双光子荧光强度和激发脉冲功率之间的关系,并且利用半波片改变线偏振激发光场的偏振方向,研究了双光子荧光强度随激发脉冲偏振方向的变化趋势,实现了双光子荧光强度的类正弦调制。     

一体式微弱荧光检测器的研究与设计

设计完成了一体式微弱荧光检测器,该检测器可以检测经激发光照射后荧光染料、绿色荧光蛋白等物质发出的微弱荧光信号,由此测得荧光素、绿色荧光蛋白等物质的含量。检测器由光源模块、光源驱动模块、放大模块、滤波模块、基于STM32的微处理器控制模块、和RS232通讯模块组成。应用测试结果表明该检测器能检测1000个光子的微弱荧光强度变化,精度上可检测3.0pmol的荧光素,满足一般的微弱荧光检测需求。     

基于功率型LED的在体整体荧光光学成像

用发光二极管（LED）替代常用的荧光激发光源汞灯，以实现基于LED的整体荧光光学成像（简称整体成像）。首先通过光谱计算分析，探讨了在不同波段与汞灯激发的荧光量相当时LED需要输出的光通量。以此为依据选择LED，构建了基于功率型LED的整体成像系统，用其动态监测绿色荧光蛋白（GFP）标记的肿瘤在裸鼠体内生长和药物治疗过程。实验表明，功率型LED可在类似于整体成像需要较大光功率的场合中应用。光源替代时，若两光源的光谱在选择的波段内分布不一样，则有必要考虑不同波长的光激发荧光效率差异的影响。     

基于紫外荧光法的SO_2检测系统的研究

根据二氧化硫(SO_2)气体在紫外光照射下激发出一定波长荧光的机理,结合光纤传感技术,研制出一种大气SO_2浓度检测系统.整个系统由光学系统和电路系统两部分组成.光学系统采用了以脉冲氙灯作为激发光源的双光路检测方法,克服了光源不稳定带来的误差,使测量结果具有更高的精度.电路系统应用了微弱信号检测技术,使淹没在噪声信号中的微弱荧光信号得到有效的提取和放大.通过性能实验表明,在浓度范围为(0～1 500)×10~(-9)的SO_2,该系统有良好的线性和稳定性,且具有较高的测量精度和较强的抗干扰能力.     

基于暗通道先验原理的偏振图像去雾增强算法研究

在装备试验与测试中,常规光学成像系统极易受气象环境(如雾霾、沙尘等)影响,导致探测距离、成像效果、测量精度等受到大幅限制,从而严重影响目标成像效果及关键参数获取。如何增强雾霾条件下光学探测识别能力及成像质量,成为了当前急需解决的关键问题。本文利用偏振成像优势,结合暗通道先验原理,提出了基于暗通道先验原理的偏振图像去雾增强算法。该算法首先利用采集到的偏振图像提取偏振特征,计算偏振度和偏振角;同时,采用基于区域增长算法自动提取出天空区域,对天空区域进行大气光参数估计,获取大气光偏振度及偏振角相关参数估计;然后,结合暗通道先验原理,获取无穷远处大气光强,进而计算各像素点的大气光强;最后,建立在大气物理退化模型基础上,实现图像去雾增强。实例分析与验证中,通过主观评价与客观评价两种方法,对比本文提出的方法和常见其他方法,实际结果表明,本文算法去雾增强能力较强,能有效提升光学系统的探测识别能力及成像质量,对雾霾条件下武器装备关键参数获取具有重要意义。     

基于多尺度自适应的近红外手肘静脉提取算法

由于成像质量不高,光照强度不均匀,皮下脂肪较厚等因素,近红外手肘静脉图像对比度较低,不易提取到清晰的静脉结构。针对该问题,本文提出了一种基于Hessian算子的多尺度自适应静脉滤波提取方法。该方法通过改进的多尺度自适应滤波器从对比度限制自适应直方图均衡化(Contrast-Limited Adaptive Histogram Equalization,CLAHE)增强后的图像中提取静脉。新的滤波器结构能够根据输入图像自适应地确定滤波器参数,在提取静脉的同时抑制噪声。实验结果表明该方法可以有效地获得清晰完整的静脉结构,具有更强的去噪和增强效果以及更高的准确率。     

参数估计误差对极化滤波性能影响分析

回波极化参数在自适应估计过程中必然存在误差,这会对虚拟极化滤波性能造成不利影响,而现有文献很少涉及对此问题的讨论.首先介绍了虚拟极化滤波的原理,分析了理想情况下的虚拟极化滤波性能,仿真分析表明虚拟极化滤波对增强目标与干扰抑制有很好的效果;同时对极化参数估计误差对虚拟极化滤波性能的影响进行了分析,讨论了不同情况下极化参数估计误差对信干比改善因子与目标增强因子的影响,对其进行了仿真分析,为虚拟极化滤波参数设置提供了理论依据.     

基于光学滤波的水面弱纹理提取方法研究

水下潜体运动产生的内波反映到水表会形成一定的红外弱纹理信号,这使得利用红外遥感手段探测成为可能。但是这种纹理信号的对比度很弱,而且往往和振幅很强的背景杂波混在一起,给信号的提取造成很大困难。比较了已有水面弱纹理探测方法的优缺点,提出光学滤波的方法增强水面弱纹理信号的信杂比,使这种信号的提取更容易。基于非相干光学滤波的原理和特定信杂比评估弱纹理信号提取性能的方法,对不同特定频率信号的光学滤波方法采用信杂比进行分析和评估,然后在此基础上,针对特定频率的信号优化了相应的非相干光学传递函数,通过仿真和实验验证了该方法的可行性,同时表明优化的双孔径非相干光系统对弱纹理模型和信号具有较好的提取能力,该优化的系统可以得到7%以上的信杂比增强,再结合后续的数字对比度增强技术可以进一步有效提高对弱纹理信号的提取能力。     

三角形硅二聚体纳米天线及其荧光增强效应研究

提出了一种三角形硅二聚体纳米天线结构,该结构可以从激发和发射过程同时提高荧光物质的荧光发光效率,并且实现荧光的远场定向发射增强。利用时域有限差分法详细研究了不同组合方式的三角形二聚体、不同三角形直角边长以及不同二聚体底角间距对荧光发射增强效果的影响,并进行了结构参数的优化,研究了该结构对荧光激发过程的影响。结果表明,三角形硅二聚体纳米天线结构的直角边长为300nm,二聚体底角间距为0nm是纳米天线的最优参数。相对于裸光源,硅二聚体纳米天线使点光源的荧光发射增强了7倍,实现了远场定向发射。而且,在405nm波长光的激发下,荧光激发过程也得到了增强。     

采用非局部均值的连续太赫兹图像去噪处理

太赫兹辐射能够穿透大多数对可见光和近红外光不透明的物质。提高成像质量是成像系统的关键,尤其对探测器性能较低的面阵成像更为重要。通过数字图像处理方法改善成像质量是一条重要的解决途径。应用非局部均值(NLM)分别对真实的透射扫描、反射扫描和透射面阵、反射面阵的太赫兹图像进行了去噪处理,选取不同的控制参数进行了对比分析,同时对比了均值滤波处理结果。实验结果表明:非局部均值能够较好地去除连续太赫兹图像噪声、提高成像质量,对噪声严重的面阵成像去噪效果最明显。非局部均值去噪并保持边缘能力明显好于均值滤波。     

飞秒激光烧蚀光斑图像的双边滤波增强及FCM分割

飞秒激光烧蚀单晶硅材料过程中会伴随衍生等离子体发光,由CCD相机采集等离子体的光辐射信号可获得激光烧蚀光斑图像。针对光斑图像核心烧蚀区域易受光晕、烧蚀热过渡区域等因素影响问题,提出了烧蚀光斑图像的双边滤波增强结合模糊C均值聚类(FCM)分割策略,将光斑不同区域分割出来。首先,采用主成分分析(PCA)方法对光斑图像进行主成分提取,增强图像并去除噪声影响。其次,在PCA提取的第一主成分图像基础上,用双边滤波对光斑图像进一步增强处理,突出了光斑核心目标区域的层次。最后,采用模糊C-均值聚类(FCM)将光斑图像的各个区域精确的分割出来。通过与Canny算子结合高斯滤波的光斑图像分割效果对比表明,本文提出的光斑图像分割方法,对光斑核心区域、光斑细节及光斑层次分割方面具有优势。     

一种基于同态滤波的红外图像增强新方法

针对红外图像分辨率低,对比度低,噪声大等不足,提出了一种基于同态滤波的红外图像增强新方法。这种方法首先用自适应中值滤波对红外图像进行去噪,保证噪声不被增强;然后利用同态滤波的原理,对图像细节进行增强。为了克服同态滤波结果所存在缺陷,最后联合使用限制对比度自适应直方图均衡进一步调整图像的动态范围。实验结果验证本文方法对红外图像的分辨率和对比度增强有很好的效果。     

微弱信号非线性检测在随钻电磁波中的应用

在随钻电磁波测井工程中, 随着勘探深度加深, 信号呈现越来越微弱的特性, 有效提取强噪声背景下的微弱电磁波信号对于指导随钻工程勘探具有重要的意义.传统的滤波方法仅滤除带外噪声, 带内噪声不能被很好解决, 针对此问题, 文章设计带外硬件滤波电路和带内基于最小均方算法的可变参数自适应谱线增强(adaptive line enhancer, ALE)算法来构造组合滤波算法.理论分析和仿真研究表明:该组合算法能够提高高动态、低信噪比的微弱电磁波有用信号的估计精度, 有效提高信噪比和抑制工程环境噪声的能力.该组合算法在滤除带外噪声的基础上, 对于带内高斯白噪声抑制能力提高约10 dB, 进一步解决了实际工程问题.