荧光寿命成像及其在生物医学中的应用

荧光寿命取决于荧光分子所处的微环境，通过对样品荧光寿命的测量和成像可以定量获取样品的功能信息，介绍荧光寿命成像(fluorescence lifetime imaging，FLIM)技术原理、实现途径、发展现状及其在生物医学中的应用．提出一种基于皮秒扫描相机、梯度折射率微透镜阵列、棱镜分光光谱仪、飞秒钛宝石激光器和荧光显微物镜的新型五维荧光显微成像技术，该系统具有多光谱分辨功能以及很高的时间和空间分辨率，能够实现三维多光子荧光强度、光谱分辨强度和寿命测量，将在高通量生化分析、组织鉴别、胞内生理学和荧光共振能量转移fluorescence resonance energy transfer，FRET)等领域获得广泛应用．     

超光谱成像技术

美国轨道成像公司利用极具军用价值的超光谱成像技术，首次向商界提供分辨率为２０米的超光谱图像。超光谱成像技术是一种集光学、光谱学、精密机械、电子技术及计算机技术于一体的新型遥感技术。主要设备由超光谱成像光谱仪、移动式地面站组成，根据光谱分辨率（光学遥感器的性能指标之一，是指遥感器在接收目标辐射的光谱时，能分辨的最小波长间隔。这种间隔越窄，光谱分辨率越高）的不同，可分为多光谱型、超光谱型和超高光谱型三种，其光谱分辨率分别为几十个、数百个和上千个谱段。超光谱成像仪能够在连续光谱段上对同一目标同时成像，…     

图像信息获取技术研究进展

综述了作者及其课题组近年来在图像信息获取方面取得的新进展 .为扩展辐射响应范围 ,发展了硬X射线和中子探测技术 ,并研制了X射线影像增强器、非晶硒合金平板探测器和中子示波管 ;为满足超快现象研究对诊断技术的要求 ,研究了曝光时间短至 2ps(2× 1 0 - 12 s)的分幅技术和时间分辨电子显微技术 ;为实现X射线显微CT ,设计了一种束斑达 30 0nm的X射线管 .同时 ,利用激光脉冲技术和变像管技术 ,探讨了实现光功能成像的可行性 ,这些技术将在生物医学诊断中发挥作用     

改进轮廓波变换的ISAR信号超分辨成像方法

为了克服由于实测数据有限、逆合成孔径雷达(ISAR)成像分辨率低的问题,提出了一种基于改进轮廓波变换(CT)的ISAR回波信号超分辨成像方法.该方法首先采用非下采样的轮廓波分解来实现信号不变尺度下不同方向的高频成分提取;然后将不同方向的高频信息与原始回波信息一同构建为CT变换的分解层;最后借助轮廓波重构变换技术实现ISAR回波信号的尺度拓展,进而实现超分辨成像.与用插值方法进行信号尺度拓展后成像相比,该方法更能反映空中目标雅克42型飞机雷达图像细节信息,提高成像质量,从而验证了该方法的有效性.     

提高非匹配超透镜的光学成像分辨率研究

非匹配超级透镜具有类似于超透镜(Superlens)突破衍射极限的超分辨光学成像特性,为进一步提高不匹配超级透镜的分辨率,将金属膜细分为多层膜以减少金属的吸收效应,在入射波长为442 nm的p偏振光源下,保持透镜总厚度不变,将设计好的非匹配超透镜SiO2(15 nm)/Ag(25 nm)/SiO2(15 nm)划分为5组等比缩小多层膜.相应于非匹配超透镜,等比缩小后的多层膜透镜组的光学分辨率从λ/5提高到λ/7.     

飞秒激光双光子荧光显微系统的构建与应用

为进行双光子荧光显微成像研究,搭建了一套飞秒激光光源双光子荧光显微成像系统.对超短脉冲锁模激光器的成像优势、双光子激励饱和功率及系统分辨率进行了理论推导,利用飞秒激光器、显微镜、数据采集设备与控制装置及扫描控制软件搭建了显微成像系统,并对Rhodamine B样品进行双光子荧光显微成像实验.结果表明:相同条件下,超短脉冲锁模激光器的双光子荧光产率为连续光输出激光器的105倍;采用UPLSAPO60XO型物镜时,双光子激励饱和功率为50 m W,理论横向和轴向分辨率为303 nm与727 nm;该系统具有显微成像能力,且实际横向分辨率小于3μm.     

超分辨在单脉冲雷达三维成像中的应用

超分辨方法基于信号和噪声的参数化模型,在阵列和统计信号处理中具有重要的意义,在高信噪比的情况下具有比傅里叶变换更高的分辨率．单脉冲成像要求对散射点的幅度相位有较精确的估计,文中利用超分辨算法对散射点的幅度相位进行估计,进而对目标三维成像,成像效果比基于傅里叶变换的方法要好．     

两维荧光光谱技术及最佳光谱分辨率设计

研究和发展了一种两维荧光光谱测量及成像技术,讨论获得两维空间离散点的最佳光谱分辨率的方法.该技术以棱镜色散原理为基础,利用微透镜阵列实现对样品的离散化照明,充分发挥光学系统固有的并行处理能力,实现了在一个面阵探测器上同时记录两维空间的荧光光谱图像.与逐点扫描方法相比,该技术的扫描效率随激发点数线性提高,具有快速测量、高空间和高光谱分辨的特点,可用于生物医学领域.     

封面图片说明

<正>图片是利用40倍物镜对Rhodamine B固体粉末进行显微成像的结果,左侧为数码单反相机拍摄所得结果,右侧为飞秒激光双光子荧光显微成像所得结果,通过对比发现双光子荧光成像具有较高的图像分辨能力。飞秒激光双光子荧光显微成像技术是一种具有微米级分辨能力的成像技术,相较于传统的共聚焦显微成像技术,其具有分辨率高、信噪比高、成像深度高等优点。利用双光子荧光技术,不仅能够对动植物组织的细部结构进行观察,还可以对动植物生理活动进行实时观测。本文构建了一套完整的     

前视扫描SAR超分辨成像

提出了一种前视SAR超分辨成像算法.方位维分辨通过安置线性阵列,采用"多发多收"的工作方式,通过波束形成技术得到较窄的发射波束以覆盖有限观测场景,利用目标的稀疏先验信息建立正则化问题,然后通过求解最优化问题实现超分辨成像.该算法在有限阵列长度的条件下可以获得更优的成像结果,有效降低了系统的成本和复杂度.仿真结果验证了该文分析的正确性和算法的有效性。     

基于数字微镜装置的结构光照明层析成像

在结构光显微系统中使用可编程数字微镜装置代替压电驱动的光栅,产生稳定可靠的结构光照明.为避免数字微镜装置本身的像素化结构对成像的影响,系统中引入一个低通的空间光调制器,以滤除经过数字微镜装置后产生的高级(±2nd及以上)衍射光.此时在样品上形成的结构光不再是单一频率的余弦光栅图案,传统结构光显微成像中通过光栅3步相移成像获得层析图像的方法不再适用.新算法通过5步相移得到5幅源图像,也可重构出层析图像.结果表明,传统荧光图像中几乎不能分辨的某些精细结构,在重构的层析图像中能够清晰地分辨出来.     

Fluorescent digital image correlation techniques in experimental mechanics

White light has often been used for surface illumination to acquire images for digital image correlation(DIC) analysis. In recent years, fluorescent imaging technique has been introduced for illumination, surface deformation and topography measurements with applications on various materials including biomaterials(biofilms, etc.) at the microscale. Traditional imaging, with the use of white light, encounters technical issues such as specular reflection owing to moisture or smooth shiny surfaces(e.g., metallic or glass surfaces). As an alternative to white light, fluorescent imaging serves as a solution to resolve the issues of specular reflection.Fluorescent DIC techniques, especially the fluorescent stereo DIC, allow 3 D surface profilometry and deformation measurements at the microscale and submicron scale. Fluorescent stereo imaging under a microscope utilizes emission wavelengths that are different from illumination wavelengths to ensure clear images on any surface that might give reflections at certain angles when white light is used, allowing accurate metrology and deformation measurement. In addition microscopic fluorescent imaging provides nanoscale resolutions surpassing Abbe's diffraction limit. This paper provides a review of the recent advances in fluorescent DIC.     

二进制编码结构光条纹照明通路容量模型

为了提高结构光照明测量的测量精确度,提出了一种通过使光学结构多路复用来进一步提高侧向分辨率的技术,优化了空间频率可变的十进制光条纹图案编码技术,利用信息通道,建立了一个多条纹分析模型,并且根据山农定理进行最大化,同时保持一个固定的区域分辨率,给定一个优化空间频率,使得侧向分辨率明显提高．     

车辆夜间驾驶辅助系统设计

本文针对车辆夜间驾驶过程中视线盲区或者会车过程中车灯对驾驶者的干扰所造成的安全隐患,提出一种近红外多波长自动切换车辆夜间驾驶辅助系统的设计方法.所设计的系统包括可变波长近红外照明系统、超焦距红外成像光学系统、波长自动转换系统、红外成像及信号处理系统、车辆电子控制单元(ECU)连接系统以及投影或屏幕显示与目标提示系统等.该系统利用辅助近红外光源提高道路的红外照明条件,并通过多个近红外照明和成像波长的自动切换实现近红外清晰成像,避免相对行驶车辆会车时光线的相互干扰,提高车辆驾驶的安全性.针对系统主要要求,设计了中心波长850 nm,峰值透过率高于90%,带宽小于20 nm的带通滤光片;确定了满足180 m照明距离所需要的发光二极管的总功率为30 W.     

Synthesis and characterization of phase change memory cells

Phase change memory (PCM) cells based on Ge₂Sb₂Te₅ were synthesized and investigated. Current-voltage measurements demonstrated different final resistances. Transmission electron microscopy (TEM), high resolution electron microscopy (HREM) and the energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analyses were used to characterize the microstructures of the PCM cells. The architectures, structures and defects in the cells including the deposited elemental distributions and the interfacial structures between electrodes and barrier layers were studied in detail. Supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2007CB935400), Key Project of Beijing Education Committee Program (Grant No. JB102001200801) and Program for New Century Excellent Talents in University (Grant No. 05009015200701)     

微观平面物体的三维成像技术

利用偏振技术,设计出微观平面物体的三维放大成像系统,解决了特殊物体的三维放大成像问题。该系统主要包括显微成像和照明系统两个部分,系统放大倍数为100,采用LED作为照明系统光源,使物体在经过偏振器件和光学系统后的亮度满足人眼的要求。设计的显微系统的前工作距离为56 mm,满足系统的大于50 mm的设计要求。显微成像系统成像质量较高,空间分辨率达到0.004 mm,照明系统的像面平均照度为600 lx。     

微观平面物体的三维成像技术

利用偏振技术,设计出微观平面物体的三维放大成像系统,解决了特殊物体的三维放大成像问题。该系统主要包括显微成像和照明系统两个部分,系统放大倍数为100,采用LED作为照明系统光源,使物体在经过偏振器件和光学系统后的亮度满足人眼的要求。设计的显微系统的前工作距离为56 mm,满足系统的大于50 mm的设计要求。显微成像系统成像质量较高,空间分辨率达到0.004 mm,照明系统的像面平均照度为600 lx。     

饲料显微技术

饲料显微技术的发展已有几十年的历史.饲料显微技术的内容主要有常规分析法和特殊分析法两类.饲料显微技术的特点是快速、简便、经济和实用.在我国发展该项技术很有必要.     

New LED light source system with uniform illumination for line-scan CCD imaging systems

A system with uniform light reflection in the inner surface within a horizontal 2/3 cylindrical structure for line-scan CCD of the print testing was designed. The design was based on diffuse reflection uniformity of the integrating sphere and requirement of the strip uniform illumination region. This system was called dome light. White light LED array light sources were used for uniform illumination. The LEDs were filtrated to composite array light source based on coefficient of variation of a single LED. The standard white board and SG color checkers were used in the line-scan CCD imaging experiments under the dome light and ordinary illumination light source. The average color difference (ΔE) of SG color checkers in CIELAB space was 2.091 under the dome light and 2.286 under ordinary illumination light source respectively. Experimental results indicate that the dome light can satisfy illumination uniformity and color rendering consistency for line-scan CCD and provide a standard light source for uniform calibration of different cameras.     

多维时间相关单光子计数在生物医学中的应用

传统的时间相关单光子计数(Time-correlated single photon counting,TCSPC)受计数率低、一维测量和采集时间长的限制,难以在生物医学中的推广.评述TCSPC的机理和应用,指出TCSPC是探测周期光信号内的单个光子、测量光子探测时间以及构建信号周期内光子分布与时间关系的一种技术,具有多维光子采集特性,计数率近似当前可用的探测器容量. 该技术可采集光子对波长和空间座标的分布,时间尺度在皮秒量级,在实验开始时可进行二次计数. 多维TCSPC技术拥有近似于理想的计数效率,其时间分辨率仅受探测器渡越时间的离散限制. 故TCSPC在生物医学光谱学中极具应用价值. 典型应用包括,时域光学X线断层照相、记录生物系统内的瞬态现象、荧光寿命成像显微术、活细胞内荧光共振能量转移实验,以及用荧光关联谱探索染料-蛋白复合体.