利用纤维红外吸收特性的皮棉杂质检测新方法

为有效检测出与棉纤维形态、颜色极其相似的异性纤维杂质,根据异性纤维与棉纤维近红外吸收特性的差别。提出近红外光谱成像方法检测皮棉异性纤维杂质．该方法分析近红外波段中异性纤维与棉纤维吸收特性差异随波长变化规律,确定了区分棉纤维与多种异性纤维的最佳波段的范围,建立红外光谱成像系统,将异性纤维近红外吸收特性转化为近红外图像中异性纤维图像特征,利用自适应图像增强和二值化图像处理,从皮棉背景中提取异性纤维．实验结果表明,该方法获取的异性纤维图像特征明显,检测结果与实际相符,此方法可有效识别皮棉中异性纤维杂质．     

单像素空间频域成像的实时化

本文提出了一种单像素空间频域成像的实时化方法,该方法可动态测量多波长下的空间频域漫反射图像,并快速重构光学参数。动态单像素成像采用交叠成像窗口方式,即只更新少数测量值来重建新一帧图像,其他测量值与前一帧共享,因此在相同的测量时间内可以获得传统方法两帧图像间的多帧中间状态图像,有效提高了单像素成像的帧率。针对空间频域漫反射图像的频谱分布,设计了圆形路径下单像素采样模板的测量顺序及成像窗口交叠长度,以保证动态成像过程中漫反射图像的直流成分和交流成分同步更新。为快速重构光学参数图像,提出一种基于区间优化和像素优化的快速查表法,该方法有效减少了传统查表法重构光学参数过程的冗余运算,提高了重构速度。使用搭建的单像素空间频域成像系统对所提方法进行了一系列仿体验证,结果表明,所提方法可以实现超过10 frame/s的多波长漫反射图像的实时测量,并可以以低于2%的误差实时重构光学参数图像。     

基于光学显微镜的三维成像技术

传统研究显微样本三维结构的方法是通过在显微镜下获取其二维图像进行观察和分析的,难以准确理解样本的三维结构.因此,研究显微三维成像理论、三维定量分析技术,具有很高的实用价值和重要的学术意义,该领域的研究也是显微信息学科的研究热点之一.针对不同显微样本的三维成像与处理问题,论文以多种光学数码显微镜作为硬件平台,系统、全面地开展了基于光学显微镜的显微三维成像、处理和分析方法的研究.重点研究了聚焦深度显微三维成像、显微双目立体成像、序列显微光学切片三维成像、连续物理切片显微三维成像测量等关键技术和系统实现.聚焦深度显微三维成像方法为解决显微成像景深有限的问题,研究了各种序列显微图像空域聚焦融合算法,对优选出的改进Laplacian算子图像融合方法,提出了基于深度图去噪处理等的优化改进方案,实现了序列显微图像的有效合成,扩展了显微照相的景深.在此基础上,实现了一套基于聚焦深度的显微三维成像测量显示系统.三维成像实验:以昆虫眼睛图像序列验证三维成像方法.昆虫眼睛图像序列原始图用MOTICDMBl显微镜,4倍物镜,冷光源外照射反射光成像,包括33幅不同聚焦层面的原始图像.三维成像效果达到一定实用要求.双目立体体视显微镜三维成像为改进传统光学体视显微镜实现立体显微三维成像,根据计算机立体视觉原理,提出了一种基于光学数码体视显微镜的显微立体表面成像、测量系统方案.针对该系统特点,提出使用线性标定模型来标定立体视觉系统.为解决光学显微立体图像的匹配问题,从所研究的两种匹配算法中,优选出新序数测度匹配法.基于上述方案和算法,实现了一套基于光学数码体视显微镜的显微立体表面成像、测量软件系统.三维成像实验:以某航空材料断口表面显微三维立体成像为例验证该三维成像方法,材料断口表面显微图像采用本研究设计的双目立体摄像MOTIC K500MBGG体视显微镜,16倍物镜,冷光源外照射反射光成像,包括2幅左、右光路采集的原始图像.三维成像效果达到一定实用要求.序列光学切片显微三维成像为解决显微荧光三维成像去模糊的问题,研究实现了最近邻、线性去卷积和最大期望光学切片去模糊复原方法,分析总结了上述三种算法的性能和优缺点,给出了各算法适用的条件.在此基础上实现了一套序列显微光学切片三维成像系统.三维成像实验:为说明光学切片三维去模糊效果,以Confocal获取的显微荧光细胞三维图像为例,本序列图像由MOTIC集团提供,共16层图像,各层图像上有一些模糊效果,经EM去模糊算法50次迭代,一定程度上去除了模糊效果,然后用体可视化方法显示.显微物理切片三维成像研究了生物组织序列切片图像的三维重建和测量方法,根据连续组织切片的特点,提出用上、下层切片图像间存在的对应结构特征部分作为控制点,采用2次多项式进行几何校正、配准.对当今国内、外体视学界广泛认同的三维粒子测量计数方法一双层切片法(Disector)原理进行了分析,提出在计算机图像分析系统上,设计实现自动双层切片体视测量和三维成像方法.三维成像实验:以大鼠肝门部胆管微血管切片图像序列为例验证该三维成像方法.本序列图像选自与解放军总医院肝胆外科一同合作的"大鼠肝门部胆管微血管的三维重建"实验,总共有16幅经空间配准后的不阿层面的大鼠肝门部胆管微血管厚切片序列图像.三维成像效果满足医学研究需要.     

物理可实现的相位编码压缩成像

 压缩成像是压缩感知理论最重要的研究领域之一.在分析压缩成像中实际测量矩阵与测量值约束的基础上,提出一种基于4-f光学架构的物理可实现的频域相位编码压缩成像方法.该方法利用两路光学架构之间的补偿实现相位编码压缩成像中测量值的非负记录,然后从该测量值精确恢复原图像,解决压缩成像应用中理论与实际物理约束之间不一致的问题.该方法可以单次曝光获得充分的测量值精确重建原图像,不需要其它附加信息,是压缩成像物理实现的一种非常可行的方案.模拟实验证明该方法可以有效地实现图像的压缩测量与超分辨率重建.     

基于深度学习理论的光学分子成像图像重建方法

光学分子成像图像重建是当前的研究重点,由于传统光学分子成像图像重建方法存在重建误差,效果不理想等缺陷,为了获得理想的光学分子成像图像重建效果,提出了基于深度学习理论的光学分子成像图像重建方法.首先分析光学分子成像图像重建工作原理,找到导致光学分子成像图像重建质量差的因素,然后采集光学分子成像图像,选择卷积神经网络算法进行光学分子成像的图像重建.实验结果显示:采用本方法进行峰值信噪比(PSNR)范围为34.16～38.96,结构相似性(SSIM)范围为0.854 9～0.980 8,均远远大于常规方法数值,表明提出方法图像重建质量较高,充分证明提出方法性能较好.应用价值相似性指标更大,图像重建质量更高,则提出方法的图像重建性能更佳.     

基于BOS技术的气动光学流场传输效应成像偏移校正方法研究

高速成像制导导弹在大气中飞行时,受到气动光学效应的影响,目标成像位置与其实际位置之间出现偏差。实现对气动光学效应成像偏移校正,对于提高制导精度意义重大。气动光学效应成像偏移具有很强的随机性和非线性,校正起来十分困难。通过利用背景纹影技术测量光线穿过变折射率场后的光线偏移量,建立畸变图像与参考图像之间的控制点对,采用局部加权平均拟合方法构建用于图像校正的映射函数,利用双三次卷积方法对图像灰度值进行重采样处理,完成对畸变图像的校正。分别对固定相位物（透镜）和喷流马赫数3.0的超声速气膜引起的成像偏移进行校正,实验结果验证了校正方法的有效性。     

基于面阵CCD图像检测的光电影像测量系统

图像检测技术可应用于零件微小间隙的测量.本文依据远心光学成像,将被测零件单元光学成像至面阵CCD相机靶面,对图像进行去滤波除噪、图像增强,将Sobel运算应用于基于梯度算法的图像边缘检测,并用修正实测标定系数的方法提高实测精度,能够胜任生产中不同环境下的微间隙测量.实验结果表明,测量精度为6μm,基本满足自动影像测量稳...     

频域偏振敏感光学相干层析系统的研制及应用研究

偏振敏感光学相干层析(PS-OCT)是在OCT技术基础上发展起来的一种可以测量样品偏振特性的层析测量方法.本文将具有更快扫描速率及更高灵敏度的频域OCT技术与偏振特性测量相结合,研制了频域PS-OCT系统,纵向分辨率达到了11 μm,实现了高于260 Hz的扫描速率,获得了样品双折射、Stokes向量的偏振信息图像.该实验系统对肌腱、肌肉纤维等生物组织样品进行的应用实验显示了PS-OCT成像方法在生物医学成像中的独特优势和发展潜力.     

一种基于虚拟目标的飞行器姿态测量方法

提出了一种使用虚拟目标代替真实目标对姿态测量系统进行测试和评估的方法,同时给出了由光学成像设备跟踪状态和目标飞行状态计算目标在光学成像设备像面上成像中轴线斜率和截距的算法.根据姿态测量系统的特点,仿真出大量具有针对性的理论数据和图像,并使用其对姿态测量系统中的图像判读精度和姿态交会算法分别进行了测试和评估.实验结果表明,当虚拟目标长度在80 pixel时,提取精度可达0.1°;而当虚拟目标长度在6 pixel时,提取精度仅为5.7°;姿态交会算法对判读误差具有一定放大作用;图像判读误差是姿态测量中的主要误差源.     

三维成像技术的光学元件表面粗糙度智能测量方法

光学元件在多个领域起着至关重要的作用，其应用性能的优劣主要由表面粗糙度决定，对此，提出三维成像技术的光学元件表面粗糙度智能测量方法。采集光学元件表面图像，并进行预处理，然后采用重构算法获取到光学元件表面三维图像，并使用最小二乘中线提取元件表面三维形貌的中面，最后在表面三维形貌中面计算出三维粗糙度评价参数，实现光学元件表面粗糙度智能测量。实验数据显示：设计方法测量的表面粗糙度因子平均误差最小值达到了0.5%,测量精度高达100%,证明本方法的光学元件表面粗糙度测量性能较佳。     

光纤传感技术在山体滑坡的应用

因边坡不稳定造成的山体滑坡一直是自然界较大的灾害,数十年来人们不断在寻求如何更好地监测滑坡的前期信息,并建立了一些常用监测方法,但其各有优缺点。随着光纤传感技术的发展,利用光纤来进行监测具有很多传统方法无法比拟的优点,该文阐述了光纤传感的基本原理,分析了光纤功率损耗、光时域反射(OTDR)、布里渊光时域射(BOTDR)、光纤光栅(FBG)及其衍生技术,提出了一种全新的、基于光时域反射技术的复合光纤装置及监测方法,它能实现高初始精度、大量程和滑坡运动方向的判定。     

Design and performance of a novel automatic fiber line testingsystem with OTDR for optical subscriber loops

This paper proposes architecture for a novel automatic fiber line testing system with an optical time-domain reflectometer (OTDR) and describes the system requirements, the design method, and the system evaluation. The results of a trial on a manufactured system and an evaluation of its characteristics are presented with evidence that an in-service optical fiber can be tested with no degradation in communication quality and the desired measurement accuracy and system component characteristics can be realized. In addition, it is confirmed that a failure between an optical fiber cable and a digital service unit (DSU) can be identified with 100% accuracy     

光纤表面等离子体波共振温度传感器的研究

根据液体折射率随温度变化而改变的特性，提出了一种基于表面等离子体波共振(SPR)效应的新型光纤温度传感器，分析了表面等离子体波共振光纤探头感应环境温度变化的原理。对表面等离子体波共振探头结构进行了优化设计，并进行了相关实验，为实现高折射率液体介质的感温测试和扩大测温范围提供依据。通过自行设计的一套光纤温度传感测试系统，得到系统输出的表面等离子体波共振光谱信号随温度变化的特性曲线，并提出对共振波长和最小光强反射率进行实时双参数测量的方法。实验结果表明，该测试系统具有结构简单、全光纤化、易远程测量等优点。     

光纤倾斜耦合角度的快速精密图像测量

光纤与光芯片的上表面耦合的倾斜角度是影响光耦合效率的关键因素之一,针对传统角规测量法效率低、精度差和不稳定等问题,采用坐标系重构方法和图像处理技术实现了对光纤倾斜耦合角度的快速精密测量。首先,在常规图像角度测量的基础上引入棋盘靶标进行坐标系重构,降低了CCD在光学放大获取微小光纤的图像信息时光轴轻微转动引起的误差。然后,为了在降低噪声影响的同时保障光纤直线特征的检测精度,对比了Hough变换和图像细化两种提取光纤直线参数的算法,结合直线元素在投影面的三角关系获得了光纤倾斜角度。实验结果表明:基于Hough变换的直线提取算法误差在0.1,平均运算时间为0.370 s,实现了对微小尺寸下光纤倾斜耦合角度快速精确地测量。     

使用微波作为副载波的光纤应力传感器

光纤应力传感器是以光纤传感技术为基础的应变、应力测量系统,具有重要的民用、军用价值。其中有一种能用于大型建筑物形变监测的传统的光纤应力传感器又叫 SOFO。它使用迈克尔逊干涉仪作为信号解调器,因为需要扫描,所以响应时间较长。为了解决这一问题,出现了以微波作为副载波的应力传感器。但是其中使用的光环行器又引入了较大误差,使得系统性能不理想。本文分析了误差原因,并使用耦合器、相位比较器分别替代了环形器、乘法器,取得了良好的实验结果。     

自动背光源叠片机定位机构的设计

背光源叠片机的定位机构是对膜片进行高精度定位。采用对膜片四边定位的机构,精度高,稳定性强。因此对膜片四边定位的机构是合理有效的。介绍了定位机构的组成和设计理论依据,其中光纤安装机构和微调装置是要点,光纤安装机构,结构简单,且易操作,节省了调试时间:微调装置,快速解决膜片歪斜问题,稳定可靠,提高了产品良率。     

用于DWDM的一类光子晶体滤波器

用转移矩阵法模拟计算了通过2组不同禁带的光子晶体级联构成的窄带滤波器的光学特性，设计了信道间隔为0．80nm和0．08nm的密集波分复用（DWDM）光子晶体滤波器。模拟结果表明，这种滤波器的透射特性几乎不受滤波器两边折射率的影响，既可生长在光纤的一端，也可植入光纤内部，还可直接在空气环境中使用，使滤波系统简单、轻便。     

Methods for passive fiber chip coupling of integrated opticaldevices

A useful technique for high precision passive coupling of single mode optical fibers to integrated optical devices is crucial for cost effective packaging especially in multiport devices like switches (N×N) and other WDM components. These devices were fabricated on two different material bases, silicon on insulator (SOI) and polymers. In both cases the waveguides are based on the oversized rib waveguide concept and utilize silicon as a substrate. Two possible fabrication processes for this passive fiber chip coupling IN or ON silicon are presented and compared. The first approach involves a technology similar to flip chip fabrication using a sub- and superstrate, that allows separate processing of v-grooves for fiber alignment and the integrated optical devices. The self aligned mounting of the chip is achieved by a v-shaped rib-groove combination created by wet chemical etching, where the rib is the exact negative of the groove so that the flip chip is put on precisely defined crystal planes rather than on sensitive edges, which would be the case when using rectangular alignment ribs. The second approach utilizes the same chip for waveguides and fiber alignment structures which makes it possible to define both in the same lithographic step and thereby eliminating any vertical displacement. Processing difficulties arise primarily from completely different processing requirements of fiber aligning v-grooves and integrated waveguides. The need to define patterns of the size of only several microns (μm) in the proximity to deep grooves makes the use of an electrophoretic photoresist necessary that is deposited via galvanic means on the extremely nonplanar surface. Both processes allow for fiber chip alignment precisions in the sub-μm range which was also experimentally verified with coupling losses as low as 0.7 dB per end-face. The fabrication processes along with experimental and theoretical results are presented     

塑料光纤纤芯折射率分布的聚焦法测量

采用聚焦法对渐变折射率塑料光纤纤芯折射率分布进行了测量。聚焦法是一种非破坏性的测量方法,用平行光线垂直照射塑料光纤,并用聚焦于纤芯边界平面的显微镜进行观察,像平面的光强分布由计算机进行视频采集,经过计算得出纤芯的折射率分布。设计了测试系统,得到了塑料光纤的折射率分布曲线,并进行了误差分析。     

一种分析光纤共聚焦系统轴向光强的方法

在携带光纤或传像束的共聚焦系统中,光场在光纤或传像束的端面要发生改变,不能用通常的空间线性不变方法分析系统成像过程。根据单模光纤的传输特性,获得光纤的有效点扩散函数,提出利用光纤空间平均函数描述系统空间变成像过程的方法,模拟出光纤共聚焦系统的轴向光强分布,对比由光波动理论所得结果,显示该方法在光纤输出光斑的有效尺寸较小时能用于分析携带光纤或传像束的共聚焦系统且更简便。