光辐射在混浊液态食品介质中的传输模型的研究

研究了光在液态混浊食品介质中的传输过程.首先对光辐射与粒子之间的相互作用过程进行了理论分析.在此基础上,建立了适合测量后向散射系统的光传输的二级散射模型,得到了光信息与物质特性之间的解析关系.为了验证理论模型的应用,以典型混浊液态食品介质全脂牛奶为实验样品,设计了双光纤空间分辨测量系统·在径向距离3～5mm变化的范围内,测量全脂牛奶的后向散射光强随径向距离的变化关系.结果表明,实验测量的结果与模型计算的结果基本一致,证明了模型在实际应用中的合理性.     

热作用致心肌组织在可见与近红外范围内的光学特性变化

研究了热作用对心肌组织在可见及近红外光谱范围内的光学特性改变。利用带积分球附件的分光光度计测量了心肌组织样品的漫反射率和总透射率,再用反向倍增(IAD)法从这两测量值中获取组织的吸收系数、约化散射系数和光学穿透深度。结果表明,自然的及热处理后的心肌组织的吸收系数、约化散射系数和光学穿透深度都是随着辐照波长的变化而显著变化的。自然的及热凝固后(80℃热处理)的心肌组织的吸收系数均在550 nm附近有一正峰,峰值分别为0.74 mm~(-1)和1.16 mm~(-1)。自然的心肌组织的约化散射系数在550 nm附近出现一正峰,峰值为0.25 mm~(-1);高温处理后此峰消失,而在590～625 nm出现上升坡。低温热处理对心肌组织的吸收系数没有明显的影响,高温热处理后心肌组织的吸收系数增大;心肌组织的约化散射系数随热处理的温度上升而显著地升高;心肌组织的光学穿透深度随热处理的温度上升而显著地减小。     

可见近红外波段碲镉汞材料光学常数测定与宽谱增透设计

将碲镉汞(Hg_(1-x)Cd_xTe)红外焦平面器件衬底去除后,其响应波段可拓展到可见光波段,在高光谱成像应用中可显著减小系统的尺寸和重量,对光电探测系统的小型化和微型化具有重要实用价值.而明确碲镉汞材料在可见近红外波段的光学常数,对碲镉汞器件在这一响应波段的性能研究具有重要意义.分别测量了不同组分碲镉汞材料的椭圆偏振光谱,拟合得到了其在400~1 600 nm波段范围内的光学常数值,并利用反射光谱对获得的光学常数进行了验证.采用这些碲镉汞外延材料光学常数测量值,并选用Zn S和YF3分别作为高低折射率的增透膜材料,针对不同响应波段的背入射可见近红外碲镉汞焦平面器件,设计了不同的宽谱增透膜系,响应波段范围内的平均透过率高于90%.     

利用近红外扩散相关谱同时测量生物样品光学特性和动态特性

由于近红外光对于大多数生物样品具有较高的穿透深度,因此近红外光谱技术广泛用于生物医学、化工、食品安全以及农产品等领域的无损检测,但是多局限于生物样品的光学性质测量,即光吸收测量.利用最新研制的近红外光扩散相关谱系统和采用脂肪乳作为生物样品的替代物,同时测量了国产30%脂肪乳的光学特性和动态特性,约化散射系数约为303 cm~(-1),吸收系数约为0. 037 cm~(-1),30%脂肪乳稀释为0. 85%(体积比)浓度后的布朗扩散系数约为8. 40×10~(-9)cm~2/s,根据Stokes-Einstein关系可推算出脂肪乳的颗粒半径约为253 nm;研究了脂肪乳随时间演化特性,在七天时间内约化散射系数上升106%,布朗扩散系数下降到63%,研究表明利用近红外扩散相关谱系统的光强衰减可以获得生物样品的光学特性(约化散射系数和吸收系数),利用光强随时间的波动可以获得生物样品的动态特性(布朗扩散系数),因此能够更加准确的测量生物样品的性质变化,为生物样品检测提供一种新的技术手段.     

水稻,小麦后向散射特性的实验研究

对１９９０和１９９１年用Ｘ波段散射计测量的水稻和小麦后向散射系数在植物生长过程中随地物参数变化的结果进行了分析。结果表明：①Ｕｌａｂｒ对矮杆植被给出的经验模型与实验结果一致。②在水稻对微波的后向散射中，地面散射占主要部分。其后向散射系数可用植被参数Ｈ·Ｗ的线性模型来拟合。③由于麦田土壤含水量低，小麦后向散射系数一般比水稻低６ｄｂ左右。测量结果显示，在１８°入射角附近，小麦后向散射系数对土壤含水量较灵敏。在小麦生长过程中，测量的后向散射系数没有显示出明显的随生长期的规律性变化。     

生物组织光学特性参量的图像测量研究

为了测量生物组织的光学特性参量,采用CCD漫反射法和透射法,通过分析CCD摄取的待测样品表面的漫反射光分布图像,利用漫射近似理论,实现了漫反射法对生物组织模拟液(intralipid-20%稀释液)、牛肌肉、猪肌肉和鸡胸肉光学特性参量的测量,获得了样品的吸收系数和有效散射系数;测量了不同浓度生物组织模拟液的透射光强度,根据Beer-Lambert定律,实现了透射法对光学特性参量的测量,获得了样品的散射系数,进而得到了有效散射系数;并将漫反射法和透射法对同种样品光学特性参量的测量结果以及他人的测量结果进行了比较。结果表明,漫反射法和透射法的测量结果有很好的吻合性,测量生物组织光学特性参量采用的CCD测量装置和处理方法具有较高的精度。     

基于皮肤仿体的甘油光透明效果研究

为了实现对甘油光透明效果的定量描述,引入组织仿体模拟皮肤的光学参数,分别利用双积分球系统及近红外光谱仪对含有不同浓度甘油的皮肤仿体的光学特性进行测量,研究甘油浓度变化对皮肤仿体光透明效果的影响.结果表明,在632.8 nm处随甘油浓度的增加皮肤仿体的散射系数降低,光穿透深度也得到提高,最大能提高48.76%;同时,皮肤...     

琼脂糖凝胶的光学特性

为了研究应用于生物细胞打印的琼脂糖凝胶的光学特性,将不同比例的琼脂糖粉末与蒸馏水混合后加热,溶解冷却形成不同浓度的琼脂糖凝胶。测量琼脂糖热溶液冷却过程中55℃时的琼脂糖溶液的折射率及琼脂糖凝胶的折射率。通过对比细胞培养液的折射率,获得作为生物打印基质材料和生物支架的琼脂糖凝胶最佳浓度为0.786%。测量琼脂糖凝胶的可见、近红外透射光谱及衰减全反射红外吸收光谱,结果显示琼脂糖凝胶在400～1100 nm波段没有特征吸收峰,而且最大吸收只有0.171Abs;在红外波段琼脂糖凝胶的吸收特性与细胞培养液基本相同,细胞培养液在2966 cm-1处的特征吸收峰是培养液独有的。对琼脂糖凝胶表面的激光散射特性进行研究,结果表明,440 nm激光的散射最强,532 nm激光散射最弱;琼脂糖凝胶浓度越小,散射越强。     

400-1000nm波段反演气溶胶光学厚度的暗像元法

从卫星遥感的角度来看,气溶胶的不确定性是可见一近红外遥感中大气校正的难点,从遥感数据本身来反演气溶胶参数,进而完成大气校正,一直是遥感研究的重点.针对可见一近红外波段大气辐射传输特点,提出了利用浓密植被红波段(660 nm)与近红外波段(830 nm)之间的线性关系反演气溶胶光学厚度的基于可见近红外波段的暗像元法,该方法主要思想是首先假设在清洁大气的条件下,利用MODTRAN辐射传输模型对遥感图像进行大气校正,以减少近红外波段大气的影响,再通过双层叠代法搜索浓密植被像元作为暗像元,根据红波段和近红外波段之间的线性关系通过近红外波段计算暗像元的红波段表观反射率,并反演气溶胶光学厚度.利用该方法对PHI航空高光谱图像进行了气溶胶光学厚度的反演,并给出了反演原理、步骤和误差分析.     

水的光学特性对水下光学成像质量影响的分析

水的光学特性对光学成像质量有着重要的影响,水对光的吸收、散射作用可造成光在水介质传播中的衰减,本文就水的光学特性及其对水下光学成像质量的影响进行了分析,以为成像系统在水下的应用提供基础的理论依据。     

超声调制光信号的调制深度与组织光学特性关系

超声调制光学成像技术融合了光学成像和超声成像的优点,已实现对浑浊介质内隐藏异体的成像,是一种很有前景的医学成像技术。通过实验探究超声调制光信号与组织光学特性的关系、超声焦区内外组织的光学特性对调制信号的影响,发现超声对光信号的调制深度与超声焦区组织的光学性质呈简单的线性关系,调制深度随样品散射系数的增大而减小,随样品吸收系数的增大而增大。超声区信号调制深度基本不受超声调制区域外复杂组织的光学特性的影响。这为超声调制光学成像提供必要的图像重构依据。     

生物组织光学参数的校准模型及测量

在intralipid 墨水(ink)液体模型中,通过改变intralipid溶液和墨水的浓度就可以灵活地获得不同的光学参数。制作了一种可以长期重复使用的光学特性稳定的Si树脂模型,它是利用TiO2 粉末作为散射颗粒,同时加入C粉颗粒来改变模型的吸收特。为了验证intralipid 墨水液体模型制作中基于Mie散射理论的近似计算公式,利用多波长的时间分辨(TRS)方法对不同intralipid浓度的液体模型进行了测试。实际测量结果和Mie散射理论计算的误差在5%以内,这可能是由于所作用的intralipid溶液之间的差别造成的。利用频域的相位调制系统(PMD)对Si树脂模型进行了多间距测量,斜率的线性回归拟合结果显示了良好的线性度(R2>0.99),从而保证了光学参数测量结果的准确性。     

Discriminating optical parameters in double-layer turbid media by backscattered polarization patterns

In this letter a Monte Carlo(MC) algorithm is used to simulate the propagation of polarized light in double-layer turbid media and the 2-dimentional backscattered Stokes vectors and Mueller matrices are obtained.Relationships between backscattered Mueller matrix and optical properties,such as scattering,absorption and layered structure,are discussed in detail.Integrating the 2-dimentional Mueller matrix elements along radial and azimuthal directions,we obtain a reverse trend with respect to the optical parameters for upper and lower layers,which suggests possibilities for discriminating subtle optical properties in a double-layer structure using backscattered polarization patterns such as Mueller matrix.     

用于药品无损分析的近红外光谱检测系统光学设计

为实现药品的无损快检,设计了基于傅里叶变换红外光谱检测的光学系统,系统工作波段为4000～12000 cm-1.设计合适的光学结构并确定光学元件的特征参数,用Zemax对设计的光学系统进行光线追迹和优化分析.搭建实验平台,采集了5种相似药品的近红外光谱数据,用主成分分析法(PCA)结合误差反向传播人工神经网络算法(BPANN)对数据进行处理,有效区分了5种药品的光谱,识别准确率达到93.333％.实验结果表明:该近红外光谱检测系统适用于药品的无损分析,能有效鉴别相似药品.     

变光程长方法测量物质的光学参数

采用变光程长的方法,并应用带有数值孔径的光谱仪,对物质的光学参数进行测量。以去离子水为例,通过微米位移进给机构,对水的吸收峰处光学参数进行测量,得到其吸收系数为26.154 cm-1,与现有文献的26cm-1或28 cm-1较符合,散射系数为6 cm-1。采用蒙特卡罗仿真,对测量数据进行评价。通过与现有的测量结果进行比较和蒙特卡罗仿真表明,此方法测量的物质参数较为准确;通过对标准差的计算可知,实验结果的一致性较好,且重复性较高。     

掺杂超晶格的等离子激元与纵光学声子的耦合模

在T＝77K,测量出掺杂（Si)GaAs/AlGaAs超晶格的拉曼散射谱,观察到拉曼位移分别为223cm^-1和422cm^-1的两个光散射峰。理论分析认为,这两个散射峰是掺杂超晶格的等离子激元与纵光学声子耦合模引起的。这事模引起的光散射峰位置的理论计算值与拉曼测量结果相当一致。     

Solvent‐Mediated Plasmon Tuning in a Gold‐Nanoparticle–Poly(Ionic Liquid) Composite

The design, synthesis, and characterization of a hierarchically ordered composite whose structure and optical properties can be reversibly switched by adjustment of solvent conditions are described. Solvent‐induced swelling and de‐swelling is shown to provide control over the internal packing arrangement and hence, optical properties of in situ synthesized metal nanoparticles. Specifically, a gold‐nanoparticle‐containing ionic‐liquid‐derived polymer is synthesized in a single step by UV irradiation of a metal‐ion‐precursor‐doped, self‐assembled ionic liquid gel, 1‐decyl‐3‐vinylimidazolium chloride. Small‐angle X‐ray scattering (SAXS) studies indicate that in the de‐swollen state, the freestanding polymer adopts a perforated lamellar structure. Optical spectroscopy of the dried composite reveals plasmon resonances positioned in the near‐IR. Strong particle–particle interactions arise from matrix‐promoted formation of aggregated 1D clusters or chains of gold nanoparticles. Upon swelling in alcohol, the composite undergoes a structural conversion to a disordered structure, which is accompanied by a color change from purple to pale pink and a shift in the surface plasmon resonance to 527 nm, consistent with isolated, non‐interacting particles. These results demonstrate the far‐field tuning of the plasmonic spectrum of gold nanoparticles by solvent‐mediated changes in its encapsulating matrix, offering a straightforward, low‐cost strategy for the fabrication of nanophotonic materials.     

Underwater image enhancement method using weighted guided trigonometric filtering and artificial light correction

This paper describes a novel method for enhancing optical images using a weighted guided trigonometric filter and the camera’s spectral properties in turbid water. Absorption, scattering, and artificial lighting are three major distortion issues in underwater optical imaging. Absorption permanently removes photons from the imaging path. Scattering is caused by large suspended particles found in turbid water, which redirect the angle of the photon path. Artificial lighting results in footprint effects, which cause vignetting distortion in the captured image. Our contributions include a novel deep-sea imaging method that compensates for the attenuation discrepancy along the propagation path, and an effective underwater scene enhancement scheme. The recovered images are characterized by a reduced noise level, better exposure of dark regions, and improved global contrast such that the finest details and edges are significantly enhanced. Our experiments showed that the average Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) improved by at least 1 dB when compared with state-of-the-art-methods.     

混浊介质的浓度对其180°后向散射特性的影响

根据“黑箱化”唯像理论 ,利用混浊介质 180°后向散射特性的系统对不同浓度的牛奶与去离子水的混合溶液的后向散射特性参数进行了测定 ,得到了浓度对散射特性的影响关系