热红外偏振成像的目标探测技术研究

当目标与背景辐射强度接近时,传统的热红外成像系统无法有效区分背景与目标.基于光的偏振信息的目标探测技术国外已进行大量研究,在国内也越来越受重视,但尚处于初步研究阶段.采用非制冷热红外焦平面阵列,搭建热红外偏振成像系统,对特定场景中的典型目标开展了偏振成像实验,对图像进行了配准并对偏振度图像和强度图进行了融合.结果表明:热红外偏振成像较传统热红外成像对目标的探测有明显优势；采用基于HSI的偏振信息融合算法能综合反应目标特征,有利于提高图像质量,有利于远距离目标的探测与识别.     

荧光纳米材料及其生物成像应用

荧光成像是生物医学研究领域应用最广的成像技术之一。随着纳米技术的快速发展,具有优良特性的荧光纳米材料不断涌现。相比于传统的荧光分子,荧光纳米材料具有光学稳定性高、形貌尺寸易调控、多功能化等优点。利用荧光纳米材料作为探针的生物荧光成像能够为研究者提供从细胞、离体组织到活体生物样本的结构和动态信息等方面全面细致的探测方法,成为当前材料、光学、生物医学等多学科交叉领域的研究热点。结合近年来荧光纳米材料及其生物成像应用的发展趋势以及本课题组前期的研究工作基础,归纳概述了几种类型荧光纳米材料的特性,包括基于有机荧光染料的纳米颗粒、半导体量子点、碳基荧光纳米材料以及稀土掺杂上转换发光纳米材料,结合具体例子介绍了荧光纳米材料在生物医学成像中的应用,并对其发展前景进行了展望。     

偏振激光照明对多层薄膜结构成像对比度影响

光学多层干涉断层扫描技术(Optical multilayer interference tomography,OMLIT)应用于光电关联显微镜中以实现清晰的光学大视场成像，为高分辨率电镜图像提供目标区域标定。为了进一步提升成像对比度和定位精度，将偏振照明和OMLIT成像技术相结合，提出一种多层薄膜偏振照明的理论模型，使用矩阵传输方法对不同入射角的偏振光在不同材质、厚度的多层薄膜介质间的传播及干涉成像进行了仿真。结果表明，当照明光的电场振荡方向平行于入射面时，能够获得比非偏振光更高的图像对比度。当照明光以62°入射角照射金属银镀层样品表面，成像对比度提升高达138倍。这项工作为偏振照明OMLIT提供了理论基础，为光电融合显微成像技术的发展提供了全新的技术方案。     

微透镜列阵与红外探测器列阵集成芯片的研究

在分析微透镜列阵光聚能原理的基础上,针对背照式256290铂硅红外焦平面探测器列阵 的结构参数,设计了衍射微透镜列阵,使入射光通过硅基底聚焦至探测器的各个光敏面上, 提高光能利用率从而增强探测能力。实验获得了微透镜列阵与红外焦平面集成芯片,并在热成像中取得了良好的结果。     

改善传统几何量光学测量仪器的照明光源问题

一、传统光路特点目前,市场上在用的传统几何量光学测量仪器主要有万能工具显微镜、测长机、光学分度头等,一般都包括瞄准测量光路和读数系统光路两部分。随着技术的不断更新,仪器的读数系统逐渐被光栅和数显系统所替代,但测量瞄准系统仍然未变,这类测量瞄准系统均采用物方无穷远光路,由放置在聚光镜物方焦点上的光源提供照明,经聚光镜后形成一束平行光照射被测件,由显微瞄准系统进行定位并测量。     

高灵敏度荧光显微镜及其在细胞光敏效应研究中的应用

研制了一种可探测极微弱细胞荧光图象的高灵敏度荧光显微镜，在仪器中使用了一个高质量的亮度增益为５０，０００的象增强器对细胞的荧光图象进行光能量放大，因而这种荧光显微镜可探测到普通荧光显微镜不能观察的微弱荧光图象。由于仪器中光源的输出强度很小，避免了长时间观察对活细胞的光损伤，并可观察到荧光效率低的荧光物质的分布图象。探测系统中用计算机采集图象数据，同时对数据进行必要处理，以提高图象的质量。这种高灵敏度的荧光显微镜可用于分析细胞中荧光物质的分布，以及细胞动态生理过程的研究。使用此仪器已直接观察到光敏竹红菌甲素在Ｈｅｌａ细胞（人体宫颈癌细胞）中的分布，细胞受光照射后的光损伤现象及加入三种细胞保护剂后获得不同程度保护的细胞状态。     

纳米近红外荧光技术在活体成像上的应用

活体荧光成像是用灵敏照相机来探测活的小动物整个身体中的荧光团的荧光发射。传统光学探测方法中由于光子在检测过程中的快速衰减，以及活体组织对可见光信号的强吸收，导致检测灵敏度极低，很难达到应用的要求。近几年来，纳米近红外光技术的出现提高了生物组织渗透深度，降低了自发荧光，从而使活体成像的灵敏度得到极大的提高。总结了一系列纳...     

量子关联成像及其雷达应用研究

介绍了量子关联成像的物理原理,阐述了量子关联成像灵敏度高、抗干扰能力强、信息获取效率高、能够实现单像素探测成像和无透镜成像的技术特点;探讨了量子关联成像雷达的运动物体成像问题和大气影响应对问题,指出可通过提高采样频率、升级跟踪手段、优化成像策略等方式提升量子关联成像雷达的应用性能;展望了量子关联成像雷达在侦察、预警等领域的发展方向,提出未来通过发展极弱光条件下的成像技术、优化设计照明方式、建立多基站协同体系、发展人工智能算法和多维信息智能融合算法等方式,进一步提升量子关联成像雷达的发现概率、跟踪精度、判别准确度、有效作用距离。     

舞台照明灯具光斑切割系统研发

光斑切割成像系统是专业舞台照明灯具的高端图案动作的功能部件。为达到运动平滑和产生对称、连续变化等多种图案效果,研发矢量运动方式切光成像系统。该系统由4块切光片组成,每块切光片由两轴进行矢量控制,结构轻巧灵活,采用多种切割图案的同步控制算法和S加减速控制,以达到连续变化的多种光斑图案形状。文中对系统机械结构和同步运动控制算法、基于瞬态电流变化的驱动电压参数选取、噪声与平滑控制的S加减速运动等进行重点分析与优化设计,通过实验和多种电脑摇头灯产品应用证明效果良好。     

单层曲面复眼成像系统的优化设计

与传统曲面复眼结构不同,提出了在曲面基底上设计非均一微透镜阵列的构想.整个透镜阵列呈环状对称分布,沿径向排列的各级透镜其焦距由所处位置决定,与基底到光探测阵列的距离相吻合.根据几何光学成像原理计算了各级透镜的设计参数并通过光线追迹加以验证.仿真结果表明,这种设计可对全视场在光探测阵列上聚焦,解决了传统曲面复眼边缘视场成像质量急剧下降的问题.同时还论证了采用光刻胶热熔法在曲面基底上制作非均一微透镜阵列的可行性.     

一种用于微米／纳米硬度测试的具有纳米分辨率的压痕成像系统

与包括原子力显微镜在内的其他压痕形貌测量方法相比,光学显微镜以其非接触、大测量范围及较快的测量速度等优点在硬度测试中应用广泛,但包括共焦显微镜在内的常规显微镜其分辨率,特别是纵向分辨率,一直不能满足要求．为此开发了一种沿光轴方向的具有纳米分辨率的压痕成像系统．该系统基于层析全场显微术,即在常规光学显微镜的基础上引入结构光照明．应用移相方法得到样品的三维形貌．成像系统样机的测量结果表明,系统的纵向分辨率可达2nm,可以高精度地实现压痕的三维形貌测量,并量化揭示纳米压痕测试中常见的“坟起（pile-up）”及“沉入（sink-in）”现象．该系统有助于进一步研究显微及纳米硬度计量方法并降低计量的不确定度.     

量子外差精密测量及微弱信号感知技术综述

单光子探测技术和激光外差探测技术是探测微弱光信号的重要手段,通过微弱光信号提取目标多维信息是目前激光感知的重要领域。但是在实际应用中背景噪声以及信号光的退相干,会严重影响单光子探测技术以及外差探测技术对于目标多维信息的感知。在探测微弱光信号时的这些问题通过传统方案很难被有效的解决。量子外差精密测量方法是在单光子探测的基础上结合外差探测的一种新测量方法,可以解决单光子探测探测灵敏度受背景噪声限制的缺点。并且量子外差对本振光强度要求极低,可以有效降低大阵列外差探测对于本振强度的要求。文中进一步总结并分析了量子外差精密测量方法的研究动态。通过现有研究成果的梳理和分析有助于深入理解和把握目前量子外差精密测量方法的研究现状和问题,为量子外差精密测量方法未来发展奠定基础。     

电子材料

正美研究获专利许可LED照明可感测室内人物动态美国瑞塞勒理工学院的照明系统及应用系(LESA)研究生以及波士顿大学最近获得一项专利许可,名为"以感应式照明系统及方法形塑受照亮空间。根据专利描述,LED照明系统在空间中不需要摄影机,以光线探测室内人、物存在的方式,能测定细部地点、姿势,借此保留受探测对象的隐私权。专利发明人,同时     

光声显微镜技术的研究进展

光声显微镜技术具有新兴的一种非侵害性的显微成像技术,具有高分辨率、高对比度、穿透深度高的优点。简要介绍光声成像技术机理,总结报道了国内外几种典型的光声显微成像方法和光声显微图像重建算法的发展历程及其最新进展,指出该技术是一种很有应用前景的医学检测方法。     

焦平面红外探测器研究进展

红外探测器在当今社会具有不可替代的作用。本文简要介绍了红外探测器的发展,对目前几种常用光子型焦平面红外探测器进行了比较;介绍了焦平面红外探测器在军事领域的需求及应用,介绍了国内外焦平面红外探测器研究现状,对几种典型的探测器性能做了比较;讨论了焦平面红外探测器存在的问题,对其成像非均匀性做了简要分析,总结了焦平面红外探测器发展趋势。     

6J型干涉显微镜干涉条纹的寻找及对比度的调整

调修6J型干涉显微镜,其干涉条纹的寻找和对比度的调整是件很麻烦的工作。本文介绍的方法,经实践证明,过程简便而且能获得对比度令人满意的结果。一、仪器光路和元件相对位置仪器光路如图1。光由白炽灯,经聚光镜2和滤色片3会聚于孔径光栏4上,照亮视场光栏5,孔径光栏位于物镜6和测量物镜9(或参考物镜10)的组合前焦点上,视场光栏位于物镜6的前焦面上,光束经分光板7分为测量光束和参考光束,分别通过物镜9和10到达被测件11和参考镜12,然后返回在分光板上相遇。被测件和参考镜应分别置于物镜9和10的焦面     

亚表面缺陷的实时成像检测

提出一种适合于金属亚表面缺陷的可视化无损检测方法——磁光/脉冲涡流成像方法。该方法以脉冲信号激励产生涡流,以激光对被检测物体的照射取代传统涡流检测的线圈探头,通过磁光传感元件将缺陷引起的磁场变化转换成相应的光强度的变化,由传统的显微镜、照明系统、偏振器和CCD图像传感器组成的光学系统将光强变化转换为“明”或“暗”图像,实现了对缺陷的实时成像检测。本文论述了磁光/脉冲涡流实时成像检测机理,给出了一种实验装置。通过对金属表面/亚表面缺陷实验,表明该检测方法快速、准确,可实现微/纳米级缺陷的成像检测。     

非接触式虹膜图像获取系统的设计

设计出一种非接触式虹膜图像获取系统,由独特的光学结构和图像传输电路构成。系统采用红外线LED照明,在摄像机和图像传感器间加有滤光片以避免杂光干扰,摄像机前加半透半反镜来辅助瞄准;同时采用两个蓝色LED进行辅助照明,蓝光将两个特定的狭缝经凸透镜在人脸上成像,当使用者眼睛到达合适的位置时狭缝成像能够完全重合,从而实现定位,完成非接触虹膜图像获取。图像传输电路采用CMOS图像芯片和专用USB控制器相配合的图像采集传输方案。该虹膜图像获取系统可采集640×480像素的VGA格式图像,采集速度达15帧/秒,不仅满足了虹膜识别技术对图像质量及图像采集速度的要求,而且减小了系统体积并降低了成本。     

基于AOTF的高光谱偏振成像系统设计

为获得目标和场景的偏振信息,提高目标识别和地物探测的准确度,设计了基于液晶相位可变延迟器(LCVR)和声光可调滤波器(AOTF)的高光谱偏振成像探测系统。首先介绍了偏振成像探测的原理,然后给出了探测系统的结构,并对其光学系统的各元件进行了合理的参数分配,最后利用编制的信息处理软件对系统采集的高光谱偏振图像进行了处理,处理结果能够反映出目标的光谱特性和偏振特性,对于复杂背景下的目标探测与识别具有重要的应用价值。     

汞离子微波频标光学设计

汞离子微波频标利用汞灯进行抽运,可实现小型化,同时具备体积小、指标高的优势,未来可在卫星导航、深空探测和守时中得到广泛应用。为了提高抽运效率及降低噪底,需要进行汞灯光学设计,使抽运光通过四极阱中心与囚禁离子充分作用的同时减少与真空腔及四极杆的反射。首先提出遮挡光源法和非等比例放大法两种光学设计方法。然后介绍了两种设计方法的具体设计过程和设计结果,并比较了两种光学设计方法汞灯的能量利用率。最后利用非等比例放大法进行光路优化设计,并完成了物理系统信号探测实验。实验结果表明：采用该光学设计方案,汞离子光微波双共振跃迁信号幅度提高了20%以上。