超微弱生物发光图像的野值分析方法提取

生物体可以应激而发射光子生成超微弱发光图像。这类图像的提取是一个超低信噪比信号处理的问题。本文提出可把超微弱发光图像视为服从高斯分布的背景噪声的影像,其部分像素的灰度因受生物信号的不规则干扰而异常偏离分布均值。于是,只需对单幅超微弱发光图进行野值分析就可实现不同信噪比的信号图像提取。实验表明,这一方法能快速、有效地给出图像提取的初步结果,作为进一步的形态学或区域生长处理的"种子"。     

重要度驱动的自适应Projection Map在光子图中的应用

在全局光照算法中,光子图算法是一种与视点无关的物空间辐射度近似计算方法,提出了一种基于重要度驱动采样的自适应Projection map算法,利用它可以在光子图算法中提高光子发射的有效性和准确性,加快渲染速度并取得更好的图像质量.实验表明,该算法能够有效地减少光源发射光子的次数,提高光子的命中率,具有相当的应用价值.     

使用光子映射渲染参与介质

光子映射是近年发展起来的一种新的全局光照算法。本文依据光子映射对实体物体的渲染,将其扩展到对包含参与介质的场景的渲染,为此提出了一个两路的渲染算法。在第一路中,光子从光源发射,并使用光子追踪来构造体光子图;第二路从视点出发向场景中发射光线,使用光线追踪来进行渲染,其中,根据构造好的光子图,用光线步进进行
行递归的辐射估计,得出最终光强。     

基于自适应光子发射的渐进式光子映射

通过对渐进式光子映射算法进行扩展,提出了一种基于自适应光子发射的渐进式光子映射算法.渐进式光子映射是一个多遍的全局光照算法,通过不断发射光子并渐进更新场景各点的光能估计能使其最终能收敛到无偏差的结果.由于渐进式光子映射完全使用密度估计来计算各点的光能,因此其收敛速度受光子分布影响较大.利用渐进式光子映射算法中固有的场景统计信息以及其多遍的特点,设计了一个自适应的光子发射策略,使得发射的光子能更多的分布在对最终绘制有效的区域,提高了原算法的绘制效率.     

基于Monte Carlo在体生物光学成像的光子传输模型

随着分子标记技术和光学成像技术的发展,在体生物光学成像倍受关注,并广泛应用于对生物组织的生理或病理过程的无损实时动态成像.研究生物组织中的光子传输模型和光子传输规律,是开展在体生物光学成像研究的两个关键环节.提出了一种基于Monte Carlo方法的在体生物光学成像中的光子传输模型.已知荧光光源参数、生物组织参数和探测器参数,建立荧光光源发射光子、光子在生物组织中传输的数学模型,并利用Monte Carlo方法实现这些模型.最后做了对比实验,实验结果表明了该算法的正确性和有效性.     

基于LabVIEW的光子计数图像采集系统

光子计数探测器在微弱目标成像领域应用广泛,图像采集系统是其关键部分。本文介绍了光子计数探测器的成像原理,分析了实现计数成像功能的软硬件需求,并设计了一套满足该需求的软硬件平台;依据该设计研制了基于NI数据采集硬件及其编程语言LabVIEW的图像采集系统;最后通过成像实验验证其性能。结果表明基于该图像采集系统的光子计数探测器的空间分辨率优于7lp/mm。     

皮秒时间相关单光子计数

随着超短脉冲激光的迅猛发展,物理、化学、生物学中各种超快过程研究十分活跃。光子计数技术已成为超快微弱光检测的利器,如PS弱光检测中时间相关单光子计数(TCSP),光子计数条纹象机,FS弱光检测中相关光子计数技术等。     

MPID—TOF质谱的快速时间分辨微弱信号测试系统

把瞬态记录仪Ｂｉｏｍａｔｉｏｎ８１００与微型计算ＩＢＭ－ＰＣ／ＸＴ联接建成了一个高速数据采集系统，本文介绍了系统的硬件接口设计及软件设计。在超声分子束条件下，把它应用于环氧乙烷（Ｃ２Ｈ４Ｏ）的多光子电离与离解飞行时间（ＭＰＩＤ－ＴＯＦ）质谱的实验研究中，并给出了实验结果；本系统在微观基元化学反应动力学实验研究中广泛适用于时间分辨微弱信号的探测。     

C8051控制的高精度偏置电源系统的设计

利用超导材料的高灵敏特性对微弱信号的探测是高温超导应用研究的重要内容.而超导传感器需要在临界状态并处在一定偏置下才能将探测的微弱信号转换为电信号并传给后续处理模块.介绍了为基于NbN材料的超导纳米线单光子探测实验系统设计的一种专用偏置电源.选用C8051F340作为该电源的主控芯片,设计出一套主要功能为4路并行输出、在0 ～ 200 μA内可调且稳定输出0.1 μA精度的恒流偏置装置.该系统由两组电池轮流为模拟输出部分供电,做到与数字电路供电隔离.电池则在使用和充电间进行切换.按键控制和显示,以及Bias-Tee和LNA都整合在机箱上,极大地方便实验时超导输入的接入和放大信号的输出分析.     

基于FPGA的高精度光子计数检测系统研究

为了实现微弱光信号的高精度检测,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的光子计数检测系统.采用高灵敏度的光电倍增管作为光电转换器件,有效地实现微弱光信号的获取与处理.基于FP-GA,设计了时序控制模块、光子计数模块、串口通信模块、存储模块和键盘扫描控制模块,完成信号的处理与存储.使用该系统对三磷酸腺苷(ATP)样品...     

基于磁遮挡技术的超低频机械天线幅度调制方法

机械天线是利用磁(极)性材料做机械运动来辐射低频信号的新型辐射机理,有望解决现有低频电天线体积大、功耗高、效率低等问题。近年来机械旋转式发射天线的研究中普遍采用的频率调制在机械驱动方面存在局限性,提出一种基于磁遮挡技术的超低频(30～300 Hz)机械天线幅度调制方法,将辐射和调制分离并独立进行。调制器通过"打开"和"闭合"两种状态控制向外传播的总场的衰减来实现调幅;采用三轴正交线圈接收不同极化方向的信号。分析了旋转永磁体产生的电磁场特性,对调制进行了仿真,搭建了实验样机验证了所提方法的可行性。实验结果表明,信息调制无需永磁体频繁改变转速,从而克服了旋转式发射天线频率调制面临的机械挑战。     

科学家提出制造光子晶体管新理论

丹麦和美国的研究人员近日通过研究提出了一种制造光子晶体管（Photon—transistors）的新理论．此次研究的领导者表示，量子计算机要正常工作，光子之间需要碰撞并相互影响．在新的理论中，将原子靠近纳米线，两个光子对准原子发射，当它们击中原子时，两个光子间就发生了相互影响，一方将所带信息传给了另一方．光子获取信息后，信号就会继续向前传输．这些信息以比特的形式传输，在量子光学里，一比特仅仅只是一个光子，而不像使用光缆时每一比特都是由数百万的光子构成．目前计算机处理的信号是电信号，但在量子计算机里，信号将可能是光信号，它将使用光子进行工作．     

基于GPU的光子映射并行化算法

针对串行情况下光子映射算法速度慢的问题,对光子映射算法并行化进行可行性分析,充分利用图像处理器(GPU)的统一设备计算架构(CUDA)的并行和计算能力,实现光子映射算法的并行化。同时针对算法中光子发射追踪阶段生成GPU线程数与光子数相同的方法的不足以及平均分配方法所造成的资源浪费等,提出线程之间协同工作的方法并采用动态平衡处理,使光子渲染速度提升了将近一倍。实验结果证明了多线程间协同工作及动态平衡相结合方法的有效性。     

用于超高速神经形态计算的光子突触

基于非冯·诺依曼体系结构的神经形态计算是有望实现高效人工智能的一种方式。神经态计算系统主要由突触和神经元组成。目前已有不同的技术路线开发出多种电子神经形态设备的研究。神经形态光子技术结合了神经网络的高效率和光子的高速度来构建计算系统,通过光学手段进行计算,具有超快的操作速度,大的带宽和无电互连功率损耗等潜在固有优势,因而受到越来越多的关注。本文回顾了光子突触研究的最新进展。     

一种新型光子晶体基底太赫兹天线设计

设计了一种新型光子晶体基底太赫兹天线,该天线采用光子晶体基板结构可以有效抑制表面波效应,增强向自由空间辐射的方向性,从而提高天线增益。使用Ansoft HFSS 13.0构建太赫兹光子晶体天线的物理模型并进行仿真,该天线工作频率为212 GHz,最大增益约为6.5 d B,并且具有小型化的特点。     

光子石墨烯多方位探测传感器研究

为了实现多方位的探测,针对光子石墨烯特殊的光传输机制,在了解光子石墨烯谷依赖波束输运的基础上,选择光子石墨烯的相关参数,并设计了合适的结构模型,用COMSOL软件对其进行仿真计算.结果表明:在二维光子石墨烯结构中放置点源,点源发射的光束在平面内可以沿6个方向进行传输,此结构用于传感器即可以实现多方位的探测,可为多方位探测传感器的研制提供新的思路.     

一种可植入光遗传电路中无线供电抑制EMI方法

提出了一种无线可植入光遗传硬件结构。在光遗传实验过程中,生物体体外采用磁谐振式无线能量技术对体内电路进行供电;然而在无线能量传输（WPT）过程中需要借助磁耦合将发射端电能转化成高频磁场,磁场是无线能量传输系统传输电能的介质,其带来的电磁辐射（EMI）问题将对于生物体安全带来威胁;因此,设计了一种改进的展频和谐波抑制无线能量供电电路。首先介绍了系统的工作原理,然后采用电路理论分析了该电路的特性,并设计了发射端与接收端电路并进行了仿真,最后设计了硬件电路样机并在实验环境下按照植入式供电电路电磁兼容标准进行了验证。实验结果表明,所设计的系统能够有效抑制EMI,并能持续稳定对体内植入电路有效供电。     

MPID─TOF质谱的快速时间分辨微弱信号测试系统

把瞬态记录仪Ｂｉｏｍａｔｉｏｎ８ｌ００与微型计算机ＩＢＭ─ｐＣ／ＸＴ联接建成了一个高速数据采集系统，本文介绍了系统的硬件接口设计及软件设计。在超声分子束条件下，把它应用于环氧乙烷（Ｃ＿２Ｈ＿４Ｏ）的多光子电离与离解飞行时间（ＭＰＩＤ─ＴＯＦ）质谱的实验研究中，并给出了实验结果；本系统在微观基元化学反应动力学实验研究中广泛适用于对时间分辨微弱信号的探测。     

光子晶体研究的现状和发展

光子晶体是80年代末提出的新概念和新材料，是一门涉及光学、材料和器件方面正蓬勃发展的有前途的新学科。回顾光子晶体的历史，介绍光子晶体的相关概念、物理特性、相关应用等。从光子晶体的理论研究、实验研究和应用三个方面展开论述。     

光子晶体的研究与应用

光子晶体是一种具有光子能带及能隙的新型材料。其特有的性质,使光子晶体具有广阔的应用前景。本文基于固体物理学的基本原理,对光子晶体的理论基础进行了简单介绍,根据其特有结构,对光子晶体的特性做了一定分析,并结合现实需要,综述了光子晶体在光学等方面的应用。