显微高光谱成像系统的设计

设计出一种基于棱镜 光栅 棱镜组合分光方式的显微高光谱成像实验系统.系统根据推帚式成像光谱仪的原理进行设计,采用棱镜 光栅 棱镜组合元件在后光学系统进行光谱分光,利用高精度载物台自动装置驱动样品进行推扫成像,选用PCI总线作为数据采集的微机接口.整个系统由显微镜、分光计、面阵CCD相机、载物台自动装置以及数据采集与控制模块等几部分组成.系统的光谱范围从400nm到800nm,120个波段,光谱分辨率优于5nm,空间分辨率大约1μm.该系统具有直视性、光谱分辨率高、结构紧凑、成本低等优点;不仅能够提供微小物体在可见光范围的单波段显微图像,而且能够获得图像中任一像素的光谱曲线,实现了光谱技术和显微成像技术的结合,成功的将成像光谱技术应用到显微领域,可广泛应用于临床医学、生物学、材料学、微电子学等学科领域.     

激光扫描共聚焦光谱成像系统

在激光扫描共聚焦显微成像技术基础上引入了光谱成像技术以便区分生物组织中的不同荧光成分。采用分光棱镜对荧光进行光谱展开,在光谱谱面处设置两个可移动缝片形成出射狭缝,两个步进电机带动安装其上的两个缝片设置系统在整个工作波长（400~700 nm）内的光谱带宽,其最小光谱带宽优于5 nm。用488 nm激光和低压汞灯实际测量了几条谱线对应的狭缝位置并和理论值做了比较,结果显示实际狭缝位置和理论值的差值均小于0.1 mm。在全光谱和50 μm出射狭缝（对应2.5 nm光谱带宽）对老鼠肾脏组织进行了共聚焦光谱成像实验,获得了老鼠肾脏组织中DAPI标定的细胞核图像和Alexa Fluor^®488标定的肾脏小球曲管图像,实现了对老鼠肾脏组织不同成分的区分。实验结果表明：提出的系统能够进行共聚焦光谱成像,扩大了共聚焦显微镜的适用范围。     

利用相位差异技术恢复宽带白光图像

研究了用于扩展目标成像的相位差异技术。该技术利用焦面和离焦面上的两幅图像之间的相位差异来估算波前相位畸变,同时对采集的图像进行恢复。设计了白光目标成像实验系统,用宽带白光作光源,在实验室搭建实验平台,模拟无穷远处目标和波前相位畸变。采用直角梯形分光棱镜将光路分为两个通道,在一台相机上同时采集两个通道像面上的图像,消除了相机不同产生的差异,极大地抑制了噪声对图像恢复的影响,分光后系统抗两个通道独立的高斯白噪声的能力为10%。实验结果显示恢复后的图像分辨率提高了19%,表明该技术是适合光电成像系统的图像恢复技术。     

基于滤光轮双相机系统的高光谱分辨率成像

滤光轮光谱成像系统在光谱成像领域应用广泛,空间分辨率高,但是光谱分辨率较低。针对这一问题,提出了基于滤光轮双相机系统的高光谱分辨率成像,设计了一种基于插分补偿的多光谱计算重构方法,实现系统的高光谱分辨率、高空间分辨率成像。首先利用滤光轮双相机成像系统采集多光谱图像以及RGB图像,然后从多光谱图像获取离散的光谱响应曲线,最后根据RGB三通道数据与光谱高维数据之间的映射关系以及能量守恒定理,进行光谱响应曲线的插分补偿并实现高光谱分辨率成像。实验结果表明,本文方法能够在保持空间分辨率的情况下,高效地实现光谱分辨率为5 nm甚至更高光谱分辨率的成像,重建结果与真实值的均方根误差为0.017 1,具有较好的准确性和鲁棒性。     

多光谱3D成像方法

已有3D成像方法难以实现单目、单帧图像条件下同时获取场景图像及深度信息,也不能兼具时间效率高、体积紧凑、能耗低等优点。为此,创新地提出多光谱3D成像方法,通过具有纵向色散的光学成像镜头与快照式多光谱图像传感器两部分构成图像采集系统,使用离焦深度还原算法获取深度信息。其基本原理为:首先,增强纵向色差光学镜头使得同一物点在不同光谱波段图像上的成像离焦程度不同;其次,快照式窄带多光谱图像传感器单帧曝光同时获取多幅窄带光谱图像;再通过离焦深度还原算法根据多光谱图像边缘梯度获取3D信息。实验采用纵向色散增强型光学成像系统及快照式多光谱相机捕获450±10 nm、525±10 nm、620±10 nm 3通道光谱图像,对5 m内场景进行3D深度恢复,获得了深度误差不高于5 cm的测量结果。实验结果表明多光谱3D视觉方法可以实现单目、所提单帧图像的深度估计。该方法能同时获得视觉及深度信息且无需空间位置配准及预先深度刻度,单帧图像处理平均耗时0. 186 s,图像采集系统尺寸为120 mm×77 mm×65 mm,其工作功率约为10 W,兼具时间效率高、体积紧凑、能耗低等优点。因此,所提方法有望在无人驾驶及智能机器人等领域获得广泛应用。     

用于检测土壤中农药的荧光光纤系统研究

根据有机物分子受激发荧光的基本原理,分析了荧光法检测农药的可行性。基于光纤传感技术、荧光分析技术提出了一种能够检测土壤中有机农药的光纤式荧光测量系统。系统以脉冲氙灯为激发光源,以特制的光纤式锥形探头探测荧光,以小型平场光谱仪实现荧光分光,以高速数据采集模块实现荧光信号的采集转换。该系统一次曝光即可获得农药的荧光光谱。利用该系统实现了不同浓度的西维因在土壤中荧光光谱实验,考察了系统的工作曲线和最低检测限。实验结果表明,系统测得的荧光光谱清晰、分辨率高;在0.005~0.1mg/kg范围内荧光强度和浓度基本呈线性关系;系统的最低检出限（LOD）可达0.005mg/kg ,相对标准偏差(RSD)≤3 %。该系统能够满足土壤中农药检测的需要。     

显微荧光光谱成像仪的研究与设计

将光谱分析技术快速、灵敏、准确等独特的优点,与光学成像技术的定位记录特点融合、构成光谱成像技术,可以提供分析试样中各种化学或生化成份的分布图像,因而可以获得定性、定量和定位综合、更丰富的分析信息。报导在商售落射荧光显微镜基础上,实现显微镜荧光光谱成像技术的理论基础、系统组成、设计技术关键等一系列研究工作,设计研制成了可在250~680nm波长范围内自动扫描的光纤激发显微荧光光谱成像仪样机,并获得了满意的实验结果。     

显微光谱成像技术研究

光谱成像技术不仅具有空间分辨能力，而且还具有光谱分辨能力。本文从图像技术、光谱分析等不同方面论述了光谱成像技术出现和发展的必然性，明确了光谱成像的定义，丰富了光谱成像的内涵。综合运用显微荧光成像技术、分光光度术、光电检测技术、计算机和图像处理技术，提出并实现了显微荧光光谱成像分析方法，并通过实践验证了可行性。     

光谱成像的原理、技术和生物医学应用

将光谱精确定量分析特性与图像定位检测特性相结合,形成新颖的综合分析技术,是光谱成像技术的目标和特征.本文介绍光谱成像的原理和我们研制的显微荧光光谱成像系统,及其在生物医学领域的若干应用实例.实验证明,光谱成像技术是有广泛应用前景的综合分析技术.     

适于土壤中农药检测的荧光光纤系统

提出了一种用于土壤中农药检测的光纤式荧光测量系统.研究了有机物分子发荧光的基本原理,分析了荧光法检测农药的可行性.基于光纤传感技术和荧光技术设计了测量系统,系统以脉冲氙灯为激发光源,以特制的光纤式锥形探头探测荧光,以小型平场光谱仪实现荧光分光,以高速数据采集模块实现荧光信号的采集转换.该系统一次曝光即可获得农药的荧光光谱.利用该系统实现了不同浓度西维因在土壤中的荧光光谱实验,考察了系统的工作曲线和最低检出限.实验结果表明,系统测得的荧光光谱清晰、分辨率高;在0.005～0.1 mg/kg范围内荧光强度和浓度基本呈线性关系;系统的最低检出限(LOD)可达0.005 mg/kg ,相对标准偏差(RSD)≤3%,能够满足土壤中农药检测的需要.     

新型X光成像系统及其性能分析

本文设计了新型的X光成像系统，它的核心部件X光影像增强器是一个混合型器件。该成像系统具有数字化、大视野成像和可移动的优点，成像视野在6-15英寸连续可调。在文中，对这种新型成像系统的成像性能进行了定量的评价，并给出了系统所成的图像。结果表明新型X光成像系统的性价比高，可以广泛应用在机场安检、工业探伤、无损检测等领域。     

基于偏振分像的制冷器件晶粒双面等光程共焦成像缺陷检测装置

针对待测晶粒大的情况,为解决晶粒双面检测时双面之间产生光程差导致的的成像清晰度问题,提出了一种基于偏振分光成像法的半导体制冷器件晶粒相邻双面同时成像缺陷检测的装置。利用偏振分光器与直角转像棱镜对采用偏振分束器与偏振相机的晶粒天面和侧面同时等光程共焦成像检测装置进行了光学设计,完成了晶粒相邻双面同时等光程偏振成像缺陷检测的实验验证。结果表明,该偏振分光成像检测技术可以实现晶粒相邻面的同时缺陷检测,并能很好地满足相邻面等光程成像缺陷检测的性能要求。当晶粒相邻面等光程共焦时,检测分辨率可达到110 lp/mm以上,而当晶粒相邻面离焦（准共焦）仅±0.20 mm时,分辨率则降至45 lp/mm以下。本检测装置具有双面成像清晰度好、成像光路共焦调整方便、检测装置结构简单可靠,以及提高的缺陷检测性能等优点。     

微型X射线数字成像系统研究

X射线数字成像检测与诊断技术是X射线检测的发展趋势,微型X射线数字成像系统采用X射线敏感CCD面阵探测器作为射线探测元件,具有体积小、分辨率高、实时性好的特点。本文研制了基于X射线敏感CCD的微型X射线数字成像系统,介绍了整个系统的组成,阐述了X射线敏感CCD的工作原理,选定了系统采用的X射线敏感CCD,设计了CCD探测器的驱动电路、模数转化电路、数据采集与通讯电路、图像获取及处理软件等。该系统采用USB2.0接口与计算机进行通讯,直接采用USB接口电源供电,无需外部电源,结构简单。分辨率测试表明,该系统的分辨率>10lp/mm。     

制冷器件晶粒相邻面准共焦成像检测的光学装置

提出了一种半导体制冷器件晶粒相邻面同时准共焦成像检测的光学装置。选择晶粒天面成像光路中直角反射转像棱镜到玻璃载物转盘之间的距离调节来实现双面准共焦成像。设计了晶粒相邻面缺陷同时准共焦成像检测的光学系统,完成了晶粒相邻面缺陷同时准共焦成像检测的实验验证。结果表明,该检测装置可以实现晶粒相邻面缺陷同时成像检测的功能,满足晶粒相邻面缺陷成像检测的性能要求。具有提高检测速度、简化结构且提高系统可靠性等优点,可在晶粒缺陷智能检测筛选系统中获得应用。     

A dedicated optical system for the quality inspection of cylindrical surfaces

Calculations of a dedicated optical system for the quality inspection of cylindrical surfaces are presented. Peculiarities of imaging a cylindrical surface by means of specially enhanced inherent field curvature are considered. Results of using the system for the inspection of quality of fuel pellets are provided.     

嵌入式数控系统语法检查的研究

分析了数控程序的组成特点和语法检查方法，并在此方法基础上研究了语法检查功能的实现和制定出错类型表。同时，针对本语法检查程序的特点，论述对嵌入式系统开放性与实时性的作用。     

VCM磁钢自动检测系统的光学系统设计

为VCM磁钢自动检测系统设计了一套高精度的光学系统。该光学系统分为成像系统和照明系统两部分,利用远心光路方式对成像系统进行了设计。通过光学计算,给出了焦距为16mm,相对孔径为1：2．5,视场角为120°的成像系统设计参数。所试制的样机经过实验表明镜头成像清晰,性能可靠,满足测量精度要求。     

Graphic supervisory control of an automatic optical inspection for LED properties

This paper focuses on the development and manufacture of an automated optical inspection (AOI) system for light emitting diode (LED) properties, which include the luminance and forward voltage. We use the concept of graphic supervisory control to combine LabVIEW software and programmable logic controller (PLC) for the motion control. By connecting the analog input block, PLC would read the forward voltage to judge whether this value is too large or not. In LED optical inspection, LabVIEW software is employed to coordinate charge coupled device (CCD) camera interface in acquiring data and processing image analysis. The LED luminance is inspected according to whether or not it achieves the desired standard pixels of binary morphologic area. In the inspection process, LEDs quickly advance on rail, and a pneumatic cylinder will sort them into different storages by PLC. The system characteristics mainly include automated platform control and imaging inspection. From experiments, the LED inspection speed could achieve 40-45 pieces per minute. For luminance inspection, the rate of accuracy approaches 100% when the inspection in a dark room or the brightness of exterior environments is fixed.     

Recent inversion procedures for microwave imaging in biomedical, subsurface detection and nondestructive evaluation applications

Systems for electromagnetic imaging at microwave frequencies are of great interest in many applications ranging from industrial diagnostics to subsurface inspection and medical imaging. The development of efficient inverse-scattering-based procedures represents a critical aspect, due to the difficulties inherent in this nonlinear ill-posed problem. In this paper, some of the recently proposed inversion methods (both nonlinear and linearized) for two-dimensional imaging are reviewed. Concerning industrial imaging, nondestructive evaluation and medical diagnostic, tomographic approaches are presented, whereas for the inspection of buried inhomogeneities, tomographic and borehole-configurations are considered. In particular, deterministic and stochastic approaches are discussed and the most specific features of these approaches are pointed out. Finally, the issue of data collection, which is another key point of microwave imaging system, is briefly addressed, with particular emphasis on approaches based on the modulated scattering technique, which is a promising technique strongly related to electromagnetic scattering concepts.     

边界散射对超声水平剪切导波成像检测的影响

超声水平剪切(Shear horizontal,SH)导波在工业在役板材成像检测和结构健康监测(Structural health monitoring,SHM)中有重要的应用价值。基于合成孔径聚焦方法,对钢板中人工缺陷用超声SH导波进行成像,对边界散射条件下的成像检测阵列信号进行分析,探讨了边界散射对超声SH导波成像检测的影响。研究结果表明,基于合成孔径聚焦的超声SH导波成像方法用于板材缺陷成像检测时,超声边界散射使成像信号双曲线阵列特征弱化,缺陷声波信号衰减增大,信号散射噪声增强,进而使成像清晰度降低,易导致漏检;同时边界散射会造成同一缺陷信号产生双峰或多峰,成像信号双曲线阵列特征紊乱,使成像发生畸变,会导致误检。这将为进一步改进工业在役大尺度板材超声导波成像质量与提高结构健康监测水平提供重要基础。