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。     

基于压缩感知的荧光成像技术现状及趋势研究

压缩感知成像技术是压缩感知与空间光调制技术结合的产物,其可突破Nyquist-Shannon采样定理限制,实现了亚采样成像,并且具降维探测和高通量测量等优势,具有巨大的发展潜力和应用前景.目前国际上已利用压缩感知成像技术有效地实现了光谱成像、时间分辨成像、相位成像等研究.作为近十几年来发展起来的一种前沿技术,压缩感知成...     

显微光谱成像技术及应用

本文从图像技术和光谱分析等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，并重点结合生命科学、纳米材料、法医学等领域阐述了显微光谱成像技术的应用。     

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.     

海洋水色成像光谱仪实验系统性能评价

本文对海洋水色成像光谱仪实验系统的光谱性能、辐射性能、空间分辨率及数据处理等方面进行了研究并做出了相应的实验评价。     

基于薄膜干涉分光技术的便携式多光谱成像系统

基于薄膜干涉分光技术开发了多光谱图像采集分析系统样机,样机由分光滤光片、CCD相机、逻辑控制组件和计算机终端软件等组成,并在农产品检测、成分检测等方面开展了多光谱检测技术的实验研究。实验表明,多光谱成像系统能够进行高分辨率的光谱图像采集,并进行光谱重建和聚类等分析。在农产品检验中利用多光谱成像技术能够将霉变的黄豆与优质黄豆进行快速区分;在电解液浓度和成分检验中能够将不同浓度或不同成分的液体进行识别;在笔墨检验中能够将不同油墨的笔迹进行准确有效地判别。     

快照式光谱成像技术综述

系统地分析了各种快照式光谱成像技术并进行了对比。依据光谱数据立方体分割到2D空间进行成像的方法,将不同的快照式光谱成像技术分成图像分割、孔径分割、光路分割和频率分割4类,按类别探讨了17种技术方案的原理、优点、缺点与现状,从空间像素数与光谱通道数权衡、图谱匹配、空间采样连续性、光能利用率及动态范围5个方面进行了对比和展望。研究结果有助于相关领域学者快速全面地了解快照式光谱成像仪的研究现状,为进一步提升其综合性能奠定基础。     

光谱成像技术及其在生物医学研究中的应用

随着分子生物学、基因医学等高新科技的发展，提出了“综合形态分析”的新要求，希望能直接“看到”生物细胞或人体组织的“化学成分图像”，光谱成像技术应运而生。报导了我们研发的显微荧光光谱成像仪的原理、结构及应用效果。光谱成像仪不仅能获得定性和定量分析信息，而且可以给出定位分析信息，在生物、医学研究和临床领域将有极广泛的应用前景。     

小型Offner光谱成像系统的设计

研究了在发散光束中使用色散元件的小型Ofiner光谱成像系统,分析了Ofiner凸光栅光谱成像系统和Ofiner曲面棱镜光谱成像系统的优缺点,与传统准直光束中使用光栅或棱镜的方法相比,Ofiner光谱成像系统具有体积小、质量轻、无谱线弯曲、色畸变小的特点。给出了两种系统的设计结果,并研究了滤除二级和高级次光谱的方法,给出了与Ofiner光谱成像系统匹配的不同形式的像方远心前置光学系统,可满足微小卫星超光谱成像仪的要求。     

像素级光学滤波-探测集成器件的研究进展

传统光谱成像系统采用探测器与传统分光元件耦合的方式,体积较大、定制化能力不足。微/纳光机电系统的快速发展,为微型化光谱成像系统提供了解决途径。基于表面等离激元学和光学超表面的微纳滤波结构,可实现像素级的光场调控,有望替代传统滤波器件并具有与成像系统片上集成的潜力。近年来,集成了动态或静态滤波结构的光谱成像微系统已崭露头角,逐渐构建起全新的光谱成像方法,但在原理机制、器件性能、制造成本、集成装配工艺等方面还有许多需要攻克的难题。本文综述了国内外在像素级微纳滤波结构、滤波和成像器件的集成制造和装配等方面的研究进展,梳理了光学滤波-探测集成器件的发展脉络,探讨了其局限性并展望了发展趋势。     

轻小型高分辨率星载高光谱成像光谱仪

在小型化成像光谱仪的研制和应用中,如何同时实现轻量化、高地面分辨率和高信噪比是目前亟待突破的技术难题.本文通过将线性渐变滤光片分光技术和数字域时间延迟积分技术相结合,并对镜头进行紧凑化处理,设计了一款工作波段为403～988 nm、平均光谱分辨率为8.9 nm、系统总质量为7 kg的轻小型星载高光谱成像光谱仪.仿真和实...     

Spectroscopic imaging of electron energy loss spectra using ab initio data and function field visualization

We have devised a technique for spectral imaging using accurate ab initio electron energy loss near edge structure (ELNES) data and function field visualization. The technique is initially applied to a planar defect model in Si with different ring structures and no broken bonds where experimental probes are severely limited. The same model with B doping is also considered. It is shown that specific deviations in different energy ranges of the ELNES spectra are correlated with different structural components of the models.     

X射线成像波带片及制作

研究了X射线成像波带片的工作原理和制作工艺。从理论上分析了波带片的空间分辨率与最外环宽度的关系,以及波带片衍射效率与厚度和折射率的关系。利用国家同步辐射实验室发展的加工工艺,即电子束光刻技术和X射线光刻技术结合制作波带片。实验结果表明:波带片最外环宽度为150 nm,高宽比为4,基本满足高分辨X射线成像波带片的高空间分辨率、大高宽比、高精度等要求。     

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。     

Advances in three‐dimensional super‐resolution nanoscopy

Three‐dimensional optical super‐resolution imaging is capable of providing 3D visualization of cellular structures in nanoscale detail. The past decade has witnessed the blossoming of 3D super‐resolution imaging technologies. In this review, we comprehensively discuss and compare the imaging depth, resolution enhancement, and imaging speed of the existing 3D super‐resolution imaging techniques.     

Offner双镜三反射成像光谱仪分辨率的研究

针对Offner双镜三反射成像光谱仪的消像差结构,采用几何方法推导出光谱分辨率的计算公式,分析了入射狭缝的宽度、凸面光栅分辨率、系统像差和探测器像元尺寸各个参数对光谱分辨率的影响,提出了分光系统像差的计算方法和优化设计方法,并探讨了提高光谱分辨率的方法和技术,即在优化系统像差的同时,适当减小狭缝宽度和探测器像元尺寸,有利于提高系统的光谱分辨率。该系统利用消像差优化设计同时考虑光谱分辨率的设计方法,具有十分重要的实用价值,为成像光谱仪的研制提供经验和借鉴。     

Expansion microscopy

Super‐resolution optical microscopy techniques have revolutionized how we see and understand biology. In recent past, a new super‐resolution optical microscopy technique called expansion microscopy (ExM) was developed. Unlike other pre‐existing super‐resolution imaging techniques, this technique achieves super‐resolution by physically expanding biological specimens via a swellable hydrogel. After the development of ExM, various techniques based on ExM but with improved performance in various aspects, have been developed. In this review, we introduce the basic principles of ExM and its variants. and compare the advantages and disadvantages of these techniques. In addition, we present the applications of ExM techniques in various fields.     

用于大气临边探测的高光谱成像仪研制

用于大气临边探测的高光谱成像仪是一种探测大气痕量气体的新型空间光学遥感仪器。分析了利用高光谱成像仪进行大气临边探测的原理,设计并研制了一台紫外/可见高光谱成像仪原理样机,该样机光学系统由前置望远系统和改进的Czerny-Turner光谱成像系统组成,工作谱段为280～390 nm和560～780 nm,通过转轮切换紫外、可见滤光片分别探测这2个波段。高光谱成像仪原理样机质量为15 kg,体积500 mm×350 mm×200 mm。对该样机的性能进行了检测并测量了低压汞灯的光谱。性能检测结果表明,空间分辨力为0.44 mrad,光谱分辨力为1.3 nm,均满足设计指标要求。该样机结构紧凑、质量小,在空间大气痕量气体探测领域有广泛的应用前景。     

用于火星探测的声光可调谐滤波器成像光谱仪

面向火星探测,设计并研制了一种基于声光可调谐滤波器(AOTF)原理的成像光谱仪地面原理样机.该样机由前置光机系统和后置电子学系统组成,光学系统采用消色差远心光路结构,工作波段为550～1 000 nm,光谱分辨率为0.9～4.0 nm.在电子学系统中引入可编程片上系统技术,并设计了新型SpaceWire高速总线接口用于数据传输.样机在实验室定标的基础上,搭载于模拟火星探测器上进行了成像试验.试验结果表明:样机成像质量良好;与ASD光谱仪的一致性对比检验表明,光谱测量准确可靠,两者数据匹配精度超过96％.SpaceWire接口实现了100 Mb/s数据率的稳定传输,满足设计指标25 Mh/s的要求.样机的研制为A)TF成像光谱技术在火星遥感探测领域的应用奠定了技术基础.