实用高清晰度成像的光源方法

本文建立了部分相干系统成像的数学模型,讨论了相干度对成像的影响,提出了采用编码光源照明的清晰成像方法,为超分辨的实用化研究和延拓焦深的研究展现了新途径。实验证明了这种方法的正确性。     

部分相干系统标准物体成像的计算机模拟

本文研究了部分相干条件下,不同相干度对标准物体象场分布的影响。表明了照明条件与部分相干光学系统成象之间有着十分密切的关系。基于H.H.Hopkins的部分相干成象理论,在IBM-PC/XT个人计算机上,建立了模拟部分相干条件下,一维标准物体成象的FORTRAN程序,从而为部分相干光学系统(微缩、显微系统等)的设计评价和最佳照明条件的选择,提供了可靠的途径;从对象差光学系统的计算表明,标准物体的象场强度分布,很灵敏地反映了光学系统的品质,它可以做为部分相干条件下,实际光学系统的质量判据。     

眼底OCT成像系统的研制

光学相干层析（OCT）成像技术是一种高分辨率生物成像手段,能非侵入、无接触地对活体内部的结构与生理功能进行检测。在生物医学领域,OCT主要还是应用在眼科学,主要是因为近红外光很容易穿透人体眼睛介质。本文利用中心波长为854nm的宽带弱相干光源SLD实现了光学相干层析成像系统在眼科中的应用。系统采用傅里叶域光学快扫描延迟线实现了快速扫描成像,成像深度为3mm。我们自行设计了一种用于眼底信号探测的眼科探头,包括：眼底OCT成像光路;眼底照明光路;眼底照相光路,获得了眼底黄斑和眼底视神经乳头的眼底照片以及OCT图像。     

光学系统清晰成像的逆源研究

在建立部份相干系统成像的数学模型之后,本文讨论相干度对成像的影响,提出了改善成像清晰度的逆源方法:按所需相干度求出适当光源,不论像面是否处于准确位置,其成像清晰度较通常优良成像系统有明显地提高。并用实验证实了这种方法。     

临床X射线相衬成像研究进展

X射线相衬成像在提高人体软组织成像的衬度分辨率及空间分辨率研究中具有潜在优势,是一项有着广阔发展前景的技术。它利用空间相干X射线投过物体后携带的相位信息进行成像,在临床上适用于软组织物体,可以减少吸收剂量,进而减轻病人的辐射损伤。本文详述了当今几种典型的X射线相衬成像方法,包括X射线干涉相衬,衍射增强相衬以及类同轴相衬的成像原理以及发展历程。通过对比表明了几种成像方法的优缺点。最后对临床X射线相衬成像有待解决的问题作了分析。     

短相干照明与偏振相结合的水下远距离成像

随着透明海洋战略的提出,低成本的凝视成像装备在水下光学成像中独具优势。然而,后向散射和成像目标难以分离,远距离凝视成像极为困难。更为严重的是,在采集到有效目标图像之前,过强的后向散射噪声已经使图像提前饱和,无法进行后续处理。本文提出了短相干照明与偏振成像相结合的水下远距离成像方法,利用短相干光源照明简化后向散射与成像目标的分离过程,同时,采用偏振技术有效抑制后向散射,防止图像提前饱和,保障目标图像的有效采集。为此,搭建了大型水下光学成像实验平台,并对22 m的远距离水下目标进行了成像试验研究。试验结果表明,该复合成像方法获得的图像信噪比由0.50 dB提高到13.57 dB,设备的抗提前饱和能力提高了1.42倍,优于传统的偏振成像,可以为大范围水下光学监控提供技术支撑。     

大视场主动光学成像系统的成像研究

从主动光学成像系统的照明模型出发,研究了大视场情况下目标和景物的成像性质,分析了传输介质对照明和成像光束的衰减作用,得出了光学成像系统像面照度的计算公式,并对其衬比传递特性和视场大小对成像的影响进行了详细的分析,得出了小视场近似的条件,其结果可用于主动光学成像系统的设计、图像分析和目标识别.     

半导体激光扫描二维成像系统研制

介绍一种基于激光主动扫描物体，记录物体表面反射光强，然后重现物体二维图像的激光成像系统。该系统是进一步发展机器视觉三维距离成像的基础。     

改进的强度相干成像室内实验方法

设计了一种新的强度相干成像室内实验方法,以简化现有强度相干实验过程,获取接近实际观测的测量数据。首先,分析了强度相干成像原理及影响成像质量的因素;介绍了现有强度相干成像实验方法并分析其存在的不足。然后,利用赝热光源和CCD设计了一种新的强度相干成像方法;介绍了利用此种方法模拟强度相干成像的原理及特点。最后,进行了室内强度相干成像实验,验证了提出方法的可行性。实验结果表明:利用提出的实验方法能够较好地测量目标的空间功率谱,测量噪声主要分布在高频部分;当测量信噪比大于20时,利用相位恢复方法可恢复获得较好的目标光强分布图像。实验显示,提出的成像方法能够较好地模拟强度相干成像,实验中能够较为方便地调节光强随机涨落并观测基线参数,实现对小角直径目标的有效成像。     

立体成像眼底相机光学系统设计

为了实现从不同角度同时拍摄同一眼底视网膜区域的图像,使采用双目立体视觉法进行眼底三维重建成为可能,设计了一种免散瞳立体成像眼底相机光学系统。该光学系统由成像系统和照明系统两部分组成,在成像系统中,使用Gullstrand-Le Grand眼模型来模拟正常人眼,运用体视显微镜成像原理进行分光设计;在照明系统中,通过设置黑点板的方式消除网膜物镜产生的杂散光,并加入环形光阑以避免角膜反射光的产生。设计结果表明,本立体成像眼底相机光学系统截止频率在95lp/mm处各视场的MTF值均大于0.2,成像系统畸变小于-3%,场曲值小于0.1mm,色差矫正良好,并且具有较强的调焦能力,能对-10~+5m~(-1)的人眼清晰成像。     

动态滤波彩色成像系统

动态滤波彩色成像系统的基本原理是通过一系列特殊光路,使物体不同部分着不同的颜色,并且可以使物体各部分着上的颜色通过滤波器相互转换。     

计算成像技术在光学检测领域的研究进展

成像系统在利用传感器记录图像信息时,只记录了强度信息而丢失了重要的相位信息。 传统的干涉相位恢复技术由于 需要满足严格的干涉条件,在使用过程中受到一定限制。 随着计算成像技术的蓬勃发展,以强度传输方程和相干衍射成像以及 在此基础上发展起来的相干调制成像、叠层扫描相干衍射成像为代表的非干涉相位恢复技术受到广泛关注,并被运用于光学检 测领域。 这类技术无需参考光,系统结构简单,可通过衍射强度图直接获得相位信息,在检测领域有巨大的应用潜力。 基于此, 介绍了几种典型的计算成像技术的研究现状与最新进展,同时讨论分析了各类方法的主要技术特点。     

超声波成像原理及其在液下成像系统中的应用

超声波是一种无损探测手段,利用超声波传播的特性,可以实现对液体内物体外形的探测,结合先进的计算机信号处理技术,能实现液面下形状的探测和三维重建。现介绍超声波的成像原理、成像系统的工作原理与实现方法,分析了其在变压器内部成像中的应用前景,提出了一种变压器内部结构成像的系统开发理论。     

单像素复振幅成像及实验分析

光场的光强信息和相位信息成像在医学、光学测量、三维成像等领域至关重要。设计了一种无需参考光束即可实现光场复振幅成像的单像素成像系统。该成像系统通过相位型光学掩模对光场信息进行调制，利用无分辨率的光电探测器探测调制后的光强信息，应用phaselift算法恢复光场的光强与相位信息。利用单像素成像系统对衍射光场及透明聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜物体进行了成像实验，从成像结果中可以清晰看到衍射环的光强信息与相位信息。实验中物体薄膜的相位差为0.053，刻线宽度为220 μm，实验得到图像相位差为0.046和刻线宽度为256 μm，与传统检测手段得到的图像信息非常接近。该系统的成像光路无需参考光束，系统简单便于集成，促进了便携式成像系统的发展，可应用于宽光谱成像，在光场复振幅成像方面具有较大发展潜力。     

光学相干成像技术在激光加工过程实时监测与控制中的应用研究进展

激光加工技术,主要包括激光焊接技术、激光增材制造技术和激光减材制造技术,具有高加工质量、效率、无工具磨损等优点,在航空航天、生物医疗、通讯电子等领域应用广泛。随着产品精度与性能要求的逐渐提升,对激光加工的精度、效率及可控性提出了更高要求。因此,激光加工过程实时监测及调控成为当前的研究重点。相比于传统的光声热电传感监测,光学相干成像技术可以与激光束同轴耦合,从而直接获取激光加工结构的尺寸和形貌特征,具有高成像速度、高测量分辨率以及长测量范围等优点,被广泛应用于激光加工过程实时监测中。系统介绍了光学相干成像系统的基本组成、成像原理以及系统指标,在此基础上综述了光学相干成像技术在激光焊接、激光增材制造和激光减材制造实时监测与控制中的应用。最后,归纳了目前光学相干成像技术在激光加工过程监测中存在的不足和发展趋势,为激光加工过程实时监测与控制的研究工作提供了坚实基础和发展方向。     

高倍率大景深显微镜照明系统设计

本文从物理光学的部分相干光的干涉和衍射理论出发,对非相干光源成象的复相干度进行计算,得出在照明系统的出瞳上产生相干照明和非相干照明的条件。然后计算出相干照明、非相干照明以及部分相干照明时,显微镜象平面的强度I(P′)。通过对不同的m值的I(P′)计算,得出减少衍射效应的最佳结构参数,即:m=0.75时,象的边缘强度变化最小,分辨率最高,从而扩大显微镜的景深。这个分析结果已经得到实际验证。     

一种新型曲面晶体成像系统的研制

为了对诊断目标进行瞬态辐射成像,提出了研制X射线聚焦成像系统,主要器件为一各向同性的X射线点光源及超环面弯曲晶体成像器.X射线照射至被成像物体后再投射到超环面晶体,经该凹面晶体聚焦后在X射线探测器表面成像.讨论了超环面晶体在布拉格几何结构中的聚焦成像特性,提出利用X射线源进行二维优化成像的适用条件.利用模拟软件对网格物体进行仿真成像,研究像距及光源尺寸对成像空间分辨力的影响,并据此确定了实验参量.设计的超环面弯晶采用云母材料,子午面曲率半径为290 mm,弧矢面曲率半径为190 mm.利用该系统进行了X射线背光成像实验,实验结果表明:系统的成像空间分辨力最高可达到34μm,能够满足聚爆辐射成像的要求;在光源尺寸较大时像距变化对成像效果有明显影响.     

激光主动成像图像的多帧后处理算法研究

在确定激光器的发散角度、脉冲峰值功率、接收光学系统的参数以及确定激光器和接收光学系统的几何配置后,激光主动成像系统要想得到更远距离更高分辨率的微弱目标的图像,就只受微弱目标的探测成像及处理技术的制约,因为在较长的距离和有限的激光能量下,不可能立刻照明整个目标场景,接收成像端CCD上每个像素接收到的光照度也不可能达到相当的水平。为了在特定的脉冲激光能量下增加成像系统的成像距离,同时减轻大气扰动对成像分辨率的影响,研究了一种独特的图像处理算法,用激光多脉冲来获取整个目标场景的图像,采用辐射量来确定每次曝光时间内最大景物照明区域,这种独特的多帧后处理算法,可以在大气扰动和连续散粒噪声影响下,得到比传统连续照明方式更高分辨率的图像。     

CMOS成像系统

美国红湖公司的 HG— 1 0 0 K型 CMOS传感器是一种高性能的成像系统 ,其图像记录速率可高达 1 0 0 0帧 /s全帧图像和 1 0 0 0 0 0帧 /s分帧图像 ,因此是世界上速率最快的成像系统。这种高性能的成像系统对光特别敏感 ,即便以非常高的速率和非常高的分辨力记录图像 ,其噪声也非常低。这使其在获得高质量的同时也降低了附加的照明成本。这种成像系统是为在苛刻的环境中记录一些高速事件 (例如车辆的碰撞试验 )而设计的。为了避免因移动而产生的图像模糊 ,该成像系统采用一种速度非常快的全电子快门 ,其曝光时间短达 5 μs,从而可提供非常清…     

基于液滴透镜的手持式显微成像系统的研制

为了实现对昆虫显微成像,设计了一款可附着在手机镜头上的基于液滴透镜的手持式显微成像系统。利用Inventor机械设计软件设计一个小型装置,该装置主要由照明模块、成像模块、电源模块和升降对焦系统组成。分析了成像模块中不同面形液滴透镜的成像性能,并对该装置进行了全面的测试评估。研究表明,该系统能准确、快捷地对昆虫进行显微成像,并可应用于虫媒传染病的防治与监测中。