TOF-SIMS样品光学成像系统设计

本研究为飞行时间二次离子质谱仪（TOF-SIMS）设计了一种具有高空间分辨率的样品光学成像系统。该系统由一种改进的Schwarzschild双反射系统、45°反射镜、变焦镜头及CCD图像传感器构成。采用ZEMAX软件对传统Schwarzschild模型进行计算和改进,得出系统优化参数并进行仿真验证。仿真结果表明：系统最佳的成像分辨率达1 μm,极限分辨率为0.4 μm,RMS半径小于艾里斑直径,波像差满足瑞利判据,成像质量良好。     

同心多尺度成像模式下的高分辨子成像系统设计

以同心多尺度成像模式为基础,结合人眼视网膜凹成像思想,提出了一种宽视场与双分辨率成像组合的新型同心多尺度成像系统,在广域视场范围内实现了对关注的感兴趣目标区域的高分辨动态注视。介绍了同心多尺度双分辨率成像系统的工作方式;使用一个单透镜和一个双胶合透镜为初始结构,结合二轴微机电系统(MEMS)扫描微镜组合形成光路;利用ZEMAX光学设计软件,优化设计了成像波段为0.486~0.656μm,在单个分通道视场内(30°)可对关注的小视场区域(6°)高分辨注视跟踪的子成像系统。对成像系统的像质以及点列图、调制传递函数(MTF)曲线、场曲、畸变曲线进行了评价。结果表明设计的子成像系统在全视场内成像均匀,接近衍射极限,场曲和畸变较小,最大场曲不超过0.6mm,最大畸变小于1.5%,能够满足同心多尺度双分辨率成像系统对子成像系统性能的要求。     

基于LabVIEW的烟气速度场实时监测系统

针对我国燃煤电站对烟气流速实时测量的需求,深入研究了静电传感器的结构和速度场超分辨率重建方法,并结合LabVIEW的多板卡同步采集和实时处理技术,完成了速度场实时监测系统的开发。该测量系统可以实现SCR入口烟气流速的实时测量,并通过超分辨率重建算法实现速度场的实时重建和显示。利用优化后的静电传感器对电厂烟气的局部流速进行了测量,与皮托管相比,绝对误差小于0.36 m/s,标准差小于0.30 m/s。同时,利用现场实测数据模拟了SCR入口速度场的实时测量,重建的速度场与冷模试验速度场基本吻合。因此,该系统可实现SCR入口烟气速度场的实时测量。     

无透镜全息显微细胞成像

为了同时满足较大的视场和较高分辨率的需求,开发了一套全息无透镜显微成像系统和配套算法,实现对微米级样品的无透镜显微成像。搭建了一套由LED光源、针孔、被测样品与CMOS图像传感器组成的全息无透镜显微成像系统,并对针孔直径、成像面尺寸、光源到样品的距离,以及样品面到CMOS图像传感器的距离进行了优化。其次,开发了从系统采集的全息图中恢复样品图像的角谱法算法。最后,使用该成像系统和配套算法,分别对具有微米级结构分辨率测试靶,和肺癌细胞悬浮液进行了显微成像。该全息无透镜显微成像系统的分辨率为4.4μm,成像视场尺寸为5.7 mm×4.3 mm,实现了微米级结构和肺癌细胞较清晰的显微成像。全息无透镜显微成像系统结构简单、无像差干扰,可以实现大视场下较高分辨率的显微成像。     

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。     

牙科口内数字成像系统设计

介绍了一种基于E2V-CCD的高清晰度牙科X射线数字成像系统。设计采用了FPGA(现场可编程门阵列)及高精度ADC,通过高速USB2.0进行高速数据传输,并给出了硬件和软件设计的详细说明。实验结果表明:牙科口内数字成像系统分辨率>15lp/mm。该X射线数字成像系统具有体积小、结构简单、分辨率高的特点,能够满足牙齿及指关节等部位实时诊断的要求。     

一种联合光声与激光散斑的多模态成像系统研究

多模态成像技术是近年生物医学成像领域的研究方向之一,它能够结合不同模式的成像,解决单一成像模式的不足。论文设计并搭建了一套基于光声成像与激光散斑成像的多模态成像系统,通过对头发光声成像和对血流样品激光散斑成像的模拟实验,验证了系统的可行性,测得光声成像分辨率为40 μm,激光散斑成像血流速度分辨率为0.2 mm/s。通过在体实验实现了对小鼠耳朵血管损伤的连续7天检测,分析血管损伤和修复情况。该系统有效的结合了高分辨率光声成像技术与激光散斑血流成像技术,对新型的多模态光声成像系统研究具有重要意义。     

基于3线阵探测器的亚像元成像超分辨率重构

虽然增加探测器的时间和空间采样频率可以提高亚像元成像系统空间分辨率,但探测器采集到的数据易发生混叠,使重构得到的图像的分辨率无法达到理想值。本文以3片线阵探测器亚像元成像为基础,提出一种超分辨率重构算法。首先,在高分辨率网格上建立插值模型;然后,辨识插值重构图像在线阵列方向和扫描方向的模糊核,得到整幅图像的模糊核;最后,采用带有Neumman边界条件的梯度平滑正则化模型去除模糊,抑制振铃效应。实验结果表明,该算法使亚像元成像系统分辨率为单线阵探测器无过采样成像系统分辨率的2.6倍;与双线性插值法相比,平均灰度等级(GMG)提高了7.71。该算法可以进一步实现对更多片线阵探测器亚像元成像的超分辨率重构,获取更高的系统分辨率。     

实时电阻抗成像系统及实验研究

介绍了一个32电极实时电阻抗成像系统,描述了该系统的硬件电路设计及图像重建算法,并在盛有盐水的水槽上进行了实时电阻抗成像实验,实验结果表明该系统能够对目标(及多个目标)准确定位,重建图像灰度值的大小可以反映成像区域电导率的相对大小,可以区分成像目标的个数,成像速度可以达到3帧/秒,而且重建图像具有一定的分辨率,能够实时的反映成像区域内部电导率分布的改变。该成像系统非常适合于医学临床应用,如对脑血肿、脑水肿患者的实时图像监护,及时反映患者颅内出血的变化情况,以帮助医生做出正确的诊断,这在医学临床上有着重要的意义。     

惯性约束聚变靶丸高精度X射线数字成像

为了实现惯性约束聚变(ICF)靶丸几何尺寸的高精度、高效率检测,开展了靶丸X射线数字化成像系统的设计与研制。首先,分析了X射线直接投影成像和X射线透镜耦合显微成像的适用范围,根据ICF靶丸尺寸小、吸收衬度弱的特点,确定了基于X射线透镜耦合显微成像的技术路线。然后,分析了影响系统成像分辨率、图像衬度和测量效率的关键因素,确定了低几何放大成像,低电压、小焦点、高功率X射线源及高分辨CCD探测的总体技术方案,该方案能够有效抑制相衬效应和半影误差,解决了现有X射线数字成像设备测量靶丸时边缘扩展严重、尺寸测量误差大的问题。最后,对系统的性能进行了分析测试,实验结果表明,系统成像衬度良好,成像效率较高,分辨率优于0.5μm。靶丸几何尺寸的测量不确定度可达0.9μm(k=2),满足ICF靶丸几何尺寸高精度、高效率的检测需求。