基于负折射率声透镜的亚波长分辨率光声实时成像方法（英文）

基于负折射率材料的信号处理技术为光声图像的研究提供了新的思路。光声成像是一种全新的非破坏性生物光子技术,是一种基于生物组织内光吸收差异的成像方法。然而,当前的光声成像方法主要依靠传感器扫描工作,而传感器阵列有其固有的缺点,导致实时性较差,因此,普通的光声成像方式具有一定的局限性。但是,利用具有负折射率的声透镜特性(如聚焦、滤波、定向等)构成的成像方式可以解决普通光声成像中的这些局限性问题。本文在对负折射率声透镜的负质量响应和负折射率成像进行优势分析后,提出了利用声透镜改变当前扫描成像的方法。模拟分析实验结果表明,所设计的声透镜直接成像方案达到了预期效果,透镜成像后像点的声压分布与吸收体原始的声压分布基本一致。此外,0.6倍波长的实验图像结果说明本文实现了亚波长的光声成像效果。     

基于梯度折射率光子晶体可调谐亚波长聚焦特性的研究

本文对梯度折射率光子晶体的亚波长聚焦特性进行了研究。该光子晶体是由硅和圆形空气孔构成的平行平板,通过改变空气孔的结构来实现折射率的梯度渐变。采用时域有限差分（finite-different time-domain,FDTD）算法对光子晶体的聚焦过程进行仿真分析。研究发现,适当地修正光程差可以大大地提高聚焦效果,同时焦距和中心空气孔的结构对聚焦效果也有影响。综合以上3种要素,最终设计出的梯度折射率光子晶体平板可实现较好的亚波长聚焦效果,其中在光子晶体外部1.45λ处的光斑最佳,半宽值可达到0.344 7λ。为了提升应用性能,设计了一个动态的调焦系统。在该光子晶体中加入半导体制冷片来调节温度,通过改变温度可以实现1.137 4λ～2.626 4λ的焦点调谐,同时焦斑半宽均小于0.4λ。     

基于亚波长光栅的负折射光子晶体成像研究

理论上折射率为?1的平板超透镜可以实现完美成像,但等效折射率为?1的光子晶体结构,不满足介电常数ε=?1和磁导率μ=?1的条件,光子晶体与自由空间阻抗不匹配,某些角度的入射光与光子晶体内布洛赫波不能耦合,致使该空间频率光信息丢失,限制了光子晶体成像分辨率.为了提高成像分辨率,在光子晶体表面设置亚波长光栅结构,利用光栅的...     

基于LabVIEW的血管内光声成像系统的设计与实验

冠状动脉中易损斑块的破裂是导致心血管疾病死亡的重要原因。掌握易损斑块形态特性、组成成分(主要是脂质)与空间分布信息,有利实现易损斑块的早期预测和干预治疗,则可以极大降低心血管病带来的危害。介绍了一种基于LabVIEW实现数据采集功能的血管内光声成像系统,并利用其实现对血管斑块脂质的成像与定量分析。实验结果表明,血管内光声成像技术应用于临床血管内介入具有巨大潜力。     

基于LabVIEW的高分辨光声显微成像系统设计

基于图形化编程语言的虚拟仪器开发软件LabVIEW,设计一套高分辨光声显微成像系统,实现步进电机运动扫描,数据采集、转移和存储,图像实时重建显示等多功能协调工作。使用该系统进行了小鼠活体耳部血管成像实验,其微血管脉络得到完整呈现。结果证明,该系统成像性能稳定,可操作性强,对于其他生物医学成像系统的构建具有广泛的参考价值。     

光声成像及其在生物研究中的应用

作为新型的活体检测设备,商业化的光声成像装置走向市场。本文综述光声成像装置的原理、基本构成、系统集成及发展趋势,尤其关注其在生物领域的应用。     

高精度光声成像技术在脑成像中应用

光声成像技术可以提供深层组织的高分辨率和高对比度的组织断层图像,是进行脑成像的有力潜在工具之一。本文开展此项研究,搭建一套光声成像实验系统,在此基础上,获得10mm的混浊介质深度下的血管模拟样品图像,直径0.07mm的模拟血管能清晰地成像;活体研究中,成功进行活体白鼠脑部的血管分布的成像研究,重建图像中的各血管位置和形状与实际情况很好的吻合。     

基于压缩感知的多角度观测光声成像方法

在光声成像过程中,由于各种限制因素,往往只能完成有限角度的信号采集.采集到的不完备的信号会在图像重构过程中产生伪迹现象,丢失细节信息.基于光声图像的稀疏特性,提出了基于压缩感知的光声成像算法.该方法通过2个单阵元超声探测器成角度采集光声信号,然后基于压缩感知重构算法进行光声图像重建并进行融合处理.仿真证明采用多个角度观测,选用合适的探头分布角度和测量矩阵可以有效弥补远场成像分辨率和减少测量次数,消除光声图像的伪迹现象,最终实现以较少的数据量和较简单的硬件设备实现高分辨率光声成像.     

球面声透镜的研磨加工

一、前言材料为蓝宝石的球面声透镜,是扫描声显微镜的核心元件。它利用一端面的凹球面把另一端面上换能器发射的平面波折射后,在其外部的耦合媒质中得到一个焦点,其原理如图1所示。为了避免声波衰减幅度过大,对声透镜体聚焦凹球面的球面半径有较严格的限制。如500MHz的声透镜,其球面半径     

Two dimensional photoacoustic imaging based on an acoustic lens and the peak-hold technology

A new method of photoacoustic (PA) imaging based on an acoustic lens and the peak-hold technology is presented in this article. A fast PA imaging system, which consists of an acoustic lens, a 64-element linear transducer array, and a peak detection-and-hold circuit, is developed to obtain the two dimensional (2D) PA images of the experimental samples. By utilizing an acoustic lens, the PA signals generated from the sample are directly imaged on the imaging plane and collected by the 64-element linear transducer array which changes the PA signals into the corresponding electronic signals. Then the electronic signals are converted into a one dimensional image using the peak detection-and-hold circuit. After vertical scanning with a step motor on the imaging plane, the 2D PA image of the sample is achieved successfully. The results show that the images reconstructed in this experiment agree well with the original samples. Compared to other methods, this PA imaging system can acquire the PA images more rapidly without any complex algorithms, and it may provide a more convenient method for future in vivo noninvasive imaging of tissues and clinic diagnosis.     

一种基于迈克尔逊干涉仪测量透明液体折射率的方法

提出了一种基于迈克尔逊干涉仪测量透明液体折射率的方法,以拓展迈克尔逊干涉仪在教学及研究中的用途,即利用比色皿承载待测液体,将其置于迈克尔逊干涉仪光路中,通过空比色皿与承载待测液体比色皿引起干涉条纹变化的对比,巧妙地测定液体的折射率。该方法操作简单、实用、低成本,在旋转角度不大的情况下对几种透明液体的测量都有较高的精度,具有一定实用价值。     

含特异材料缺陷层一维光子晶体多缺陷现象及其内部场分布

通过数值模拟和理论分析含特异材料缺陷层一维光子晶体中特异材料折射率与缺陷模式的关系,从而发现调节特异材料折射率可以得到不同状态的振荡透射模。同时还分析了保持特异材料折射率不变的情况下其它材料折射率改变对缺陷模式的影响,理论模拟了含特异材料缺陷层一维光子晶体内部场分布,从而可以非常清晰地再现缺陷模式的局域特性。     

基于几何成像模型的鱼眼镜头图像校正算法和技术研究

鱼眼镜头是一种具有广视场角的摄像机镜头,广泛应用于大场景视频监控领域,但其成像存在严重的非线性径向畸变,违反人类的视觉习惯,且为测量和模式识别等应用带来了不便.为了实现鱼眼镜头图像的校正,提出了一种基于几何成像模型的鱼眼镜头校正算法和技术,通过研究鱼眼镜头成像模型,根据鱼眼镜头类型采用了相应的几何模型校正图像;以“等距投影”模型为例提出了校正公式和实现方法.最后针对工程应用的实时性要求,提出了基于缓存的快速优化方法以及在保证一定精度的前提下快速实现双线性插值的优化方法.研究结果表明,这种新方法可以高效地完成鱼眼镜头图像校正,比传统方法适用面更广,更易实现.     

基于太赫兹波的高分辨率空间电荷测试方法及系统

空间电荷的特性及分布状态直接改变介质内部电场的强弱,严重影响器件的电学性能。近年来,纳米材料和微纳电子器件飞速发展,在纳米量级乃至更小尺度上探测和掌握空间电荷的特征信息成为亟待解决的问题。为此基于脉冲电声法基本原理,设计并实现了一种基于太赫兹波和弹光取样技术的空间电荷分布测试新方法。基于应力双折射效应原理,设计制作了弹光取样传感器,并测试了性能。搭建了空间电荷测试系统,对定制硅PN结试样进行了测试,空间电荷区宽度随偏置电压的变化规律与PN结基本电学特性吻合。该方法采用全光学技术手段,克服了传统电子测试技术对系统带宽的限制,实验结果表明,该测试方法可以有效且可靠地将空间电荷测试分辨率提升至纳米量级。     

直线型Sagnac光纤干涉仪声传感器及其去噪方法研究

光纤声传感器可广泛应用于能源和安防等重要领域,但其噪声复杂进而影响测量精度和稳定性,针对此问题,基于直线型光纤Sagnac干涉仪声传感系统,提出了一种改进小波阈值去噪方法,在此基础上,结合信号特征还设计了一种综合滤波方案,以提高系统语音探测质量。以实测语音信号为例,所提算法能将信号Allan方差值减小到824×10-14,而类间距判据值增大为691,有效改善了语音信号的质量。所提方法可广泛应用于声音传感领域,且对于光纤干涉仪声传感系统后期声源定位的准确性也具有重要意义。     

基于残差自注意力连接的深度电学层析成像方法

针对电学层析重建(ET)的“软场”特性和逆问题求解的病态性所造成的边界伪影和空间分辨率低的问题,本文提出一种基于迭代展开的预重建模块和改进的注意力深度U形卷积神经网络(CNN)的深度成像方法。其中,预重建模块是由牛顿—拉夫逊迭代算法得到的4层反卷积神经网络;深度U形CNN模块中,在特征提取和重建模块中加入残差连接,用于缓解深度CNN模型中的梯度消失问题,同时引入自注意力跳跃连接实现对全局特征和局部特征的抽象融合,使模型更好地表达图像重建问题的非线性特征。重建结果表明空间分辨率高,内含物边界清晰,重建相对误差为0.10,相关系数为0.93,说明本方法可以有效改善ET图像的质量,为无损测量与检测可视化提出了一种可靠方法。     

基于多模-单模-多模结构和光纤布拉格光栅同时测量温度和折射率

利用单模光纤(SMF)中的包层模与纤芯导模之间的干涉,提出了一种基于多模-单模-多模(MSM)结构与布拉格光栅(FBG)级联可同时测量温度和折射率的传感器.基于MSM结构的干涉谱和FBG的透射峰对温度和折射率具有不同响应灵敏度的特点,利用敏感矩阵实现了对温度和折射率的同时测量.实验测得MSM结构和FBG的温度灵敏度分别为0.055 2 nm/℃和0.015 8 nm/℃,MSM结构的折射率灵敏度为109.702 nm/RIU,而FBG对折射率变化不敏感.温度和折射率的测量精度分别为士0.32℃和士0.002 3.实验显示提出的MSM结构的温度灵敏度比单模-多模-单模(SMS)结构传感器提高了5倍,同时由于SMF中的包层模对外界环境的变化较敏感,该MSM结构也可应用于其他传感领域.