流体中血红细胞光散射信息的建模与仿真

为了获取流体中血红细胞精确的光散射信息,以反常衍射近似理论为基础,采用扁椭球构建了流体中血红细胞的数学散射模型。应用数值仿真模拟技术,分别讨论了血红细胞形体变化、体积变化、取向角和相对折射率变化对光散射幅值分布的影响,建立了相应的图谱分布,并通过实验对此模型进行了验证。结果表明,在前向小角度内,不同血红细胞大小、不同相对折射率对光散射信息有着较大影响。这一结果对于病理血红细胞的快速准确检测和流式细胞仪等细胞测量仪的精确测量是有帮助的。     

细胞形体和胞质厚度变化对光散射法测量细胞大小分布的影响

针对真实细胞与细胞球形模型在实际光散射法检测中的差异，根据细胞的类别特征．建立了有核细胞的双椭球模型取代了细胞的球形模型；引入形体参数物理特征量和胞质厚度特征参数，以瑞利-德拜-甘斯（Rayleigh-Debye-Gans）理论为基础，系统讨论了形体变化和胞质厚度变化对细胞光散射幅值分布的动态影响；应用Matlab软件对其影响进行了数值计算，分别建立了细胞形体参数物理特征量和胞质厚度特征参数变化对细胞光散射幅值分布函数影响的线性数学关系和非线性数学关系．并由此关系提出了相关的修正方法．为有效地提升细胞分析的技术水平和提高细胞检测结果的准确性提供了理论依据。     

细胞光散射幅值分布与细胞形体的关系

本文以Rayleigh-Debye-Gans理论为基础,根据椭球散射理论,针对几种典型特征的形体细胞,提出了通过改变形体因子以建立对应形体细胞的散射模型,系统讨论了该模型下光散射幅值分布特征以及前向散射幅值与模型变化的影响关系,为细胞形态的精密测定与研究提供了理论依据。     

有核细胞光散射强度分布的动态特性

针对核式形体细胞微粒,基于双椭球核式(DCEM)模型,应用数值计算技术分别讨论了细胞在大小变化、胞质厚度变化、核质大小变化、细胞形体变化、折射率变化、入射角变化情况下对其光散射强度分布所产生的影响,并建立相应的模型进行数值计算和三维拟合。得到了有核细胞光散射强度分布与有核细胞相关物理特征量变化下的动态响应关系及其影响特征。此外,对有核细胞在形体和入射角连续变化情况下,光散射强度所受的影响进行了数值拟合,并对拟合效果进行了误差估算。促进了真实形体细胞测量修正理论的完善和微扰测量理论的实际应用,为单细胞的光学检测和鉴别技术的提高提供了理论依据。     

微粒形体分布函数的光学图像确定方法

针对任意形体微粒特征概率分布函数的光学测量要求与其光学图像的分布特征，提出了一种由微粒群光学显微图像进行一体性数值处理求得微粒群形体分布函数的方法。基于微粒光散射面的椭圆模型，对微粒群电子显微图像首先进行二值化处理、按像素点数计算面积，尔后扫描寻得极点坐标，再根据椭圆方程和坐标变换方程建立图形的约束方程组，由形体参数的定义式以及图形的约束方程组求出微粒形体参数，并且通过对全图微粒图像的扫描求得其微粒群形体参数的分布，通过拟合最终求得微粒形体分布函数。     

真实形体微粒形体分布函数的动态光学测量方法

主流的微粒粒度分布测量仪器的工作原理为光散射原理,在前向光散射式微粒粒度分布的测量理论中往往都是以球模型代替真实的微粒.但是在实际测量中由于微粒形体的变化往往影响测量结果的准确性.对此,本文在以Mie散射理论为原理,依据前向接收器接收的前向散射光信息以获取微粒大小信息的测量基础上,对微粒穿越光敏区时的时域与空域的特征以及相关性开展了研究,从数学上定义了微粒的形体分布函数,提出了一种依据光散射功率谱和频谱分布特征来获取微粒形体分布信息的方法,完善了微扰修正理论的应用性,有效地改善了形体的影响问题,从而可提高微粒粒度分布测量结果的准确性.     

基于EPO面的微粒形貌影响因子的数学建模

在EPO面理论将微粒3D形体用2D面形表述的思想基础上,对任意形体微粒提出了形貌特征概率分布函数,进而对真实微粒建立了半椭圆概率组合模型和形貌影响因子T(f)的特征分布函数,并且对Gaussian分布场进行了数值计算,求出了Gaussian分布场下T(f)分布函数的理论解。其计算结果与微粒Mie散射理论结果较一致。     

脐带血与先天性心脏病患儿红细胞的光谱分析

为了探讨脐带血红细胞和先天性心脏病患儿红细胞的内容物的改变情况及其变化机理,为先天性心脏病的产前诊断提供有用信息,采用激光光镊喇曼光谱系统,测定了脐带血红细胞与先天性心脏病患儿红细胞的喇曼光谱,通过对两者喇曼光谱进行比较分析,发现脐带血红细胞与先天性心脏病患儿红细胞的光镊喇曼光谱有较大的差异。与脐带血红细胞相比,先天性心脏病患儿红细胞的整体谱线偏弱,部分的特征谱线发生位移。该研究结果将为提高胎儿先天性心脏病的检出率提供一种新的、快速简便的光谱分析手段,为临床诊断提供有力的实验依据。     

基于EPO面的微粒形貌影响因子的数学建模

在EPO面理论将微粒3D形体用2D面形表述的思想基础上，对任意形体微粒提出了形貌特征概率分布函数，进而对真实微粒建立了半椭圆概率组合模型和形貌影响因子T（f)的特征分布函数，并且对Gaussian分布场进行了数值计算，求出了Gaussian分布场下T（f)分布孙 的理论解，其计算结果与微粒Mie散射理论结果较一致。     

超声溶栓对血红细胞结构形态的影响

应用低频高能超声波消溶全血细胞血栓、探讨超声强度及作用(消融)时间对血红细胞结构形态的影响及其安全剂量阈值.在血栓消溶条件下,用生物显微镜观察血栓细胞结构形态改变,得到了超声强度及作用时间与血栓消融状态下的关系图.结果表明,超声波具有肯定的溶栓作用,该作用与超声强度和消溶时间及细胞结构形态可分为A、B、C三个特征区域,即A区为超声溶栓安全剂量区;B区为相对安全区;C区为不可逆损伤区.研究还发现,超声强度大小及消融时间长短,对血红细胞结构形态有明显影响.声强过大或作用时间过长,均对血红细胞造成不可逆损伤.随着超声强度增加,可加速其消融过程,缩短消融时间.     

双曲面对称体红细胞模型的光散射虚拟仿真

为适应日益增长的对生物细胞形态精密测定的技术需求,应用VirtualLab虚拟仿真实验系统,根据红细胞(RBC)的形体特征和光学特性,设计了双曲面旋转对称体的红细胞光散射模型。最佳组合选用了仿真系统中的运算功能模块,仿真了球形模型和双曲面旋转对称模型下,红细胞在几种典型光源入射情况下的光散射,并获得了这几种典型情况下的前向光散射强度图样、幅值分布曲线和相位分布图。其中生物细胞光散射相位分布局域图表明了相位分布与细胞的形态与结构以及其在光路中的位置密切相关。生物细胞前向光散射相位分布图谱可望成为一种新的测定细胞类别的判读依据。     

火灾烟颗粒Stokes散射矩阵的实验研究

针对火灾烟颗粒的Stokes散射矩阵,利用电光调制器、1/4波片、偏振片及锁相放大器等设计与搭建了火灾烟颗粒光散射实验平台;并基于该平台测量了棉绳阴燃、正庚烷明火及檀香阴燃生成的3种烟颗粒的Stokes散射矩阵中16个元素的角度分布.实验结果表明,这些烟颗粒在光散射过程中都体现出明显的非球形效应,尤其是阴燃过程生成的灰烟颗粒.这说明基于球形模型的Lorenz-Mie散射理论对于分析烟颗粒光散射特征存在一定的局限性,而为了进一步挖掘火灾烟颗粒光散射过程中的光强与偏振等信息,需要建立合理的非球形模型,从而为光电感烟火灾探测技术的发展提供指导与支撑.     

Electromagnetic wave scattering from a forest or vegetation canopy:ongoing research at the University of Texas at Arlington

A scattering model for forest or vegetation, based on the theory of electromagnetic wave scattering in random media, is described. The model generalizes the assumptions imposed by earlier models, and the results compare well with measurements from several forest canopies. It is shown how the model elements are integrated to obtain the scattering characteristics of different forest canopies. The scattering characteristics may be displayed in the form of polarimetric signatures, represented by like- and cross-polarized scattering coefficients, for an elliptically polarized wave, or in the form of signal distribution curves. Results illustrating both types of scattering characteristics are given     

海洋内波对海面电磁散射特性的影响分析

海洋内波通常在海面之下传播,并通过波流相互作用影响海洋表面毛细波的分布,在合成孔径雷达(SAR)图像中表现为亮暗相间的纹理.该文首先基于Korteweg-de Vries(KdV)方程,建立内波传播模型;通过波流相互作用函数,基于波作用量方程,对表面毛细波的波谱进行修正;最后基于双尺度方法的面元模型,将内波对高频谱的修正作用考虑在内,计算内波的存在对大尺寸海面电磁散射特性的影响.文中计算了内波存在时海面散射系数分布,分析了不同的内波参数,不同海况参数等对海面散射系数和多普勒的影响.      

激光信号大气散射探测分析

有些应用场合需要利用大气气溶胶对激光的散射来探测激光。在都市郊区大气模型条件下,利用米氏散射理论,对1.06μm激光在低空大气中传输时散射辐照度的分布进行了理论分析和数值计算。得到激光大气散射辐照度随离轴距离的增大近似按反比规律缓慢下降、能见度仅影响散射强度的大小而不影响散射强度的分布等特征。这些特征在激光散射实验中得到了初步的验证,可为激光信号的散射探测提供理论依据和参考。     

草原环境地表电磁散射的矩量法研究

为了满足草原及其附近目标雷达探测和遥感的需要,选用高斯型分布表示草和土壤表面的高度起伏情况,选取Topp 模型表示土壤层介电常数,采用双弥散模型表示草的介电常数,运用矩量法研究了草原环境地表的电磁散射特性,得到了散射系数的角分布曲线,讨论了入射角、入射波频率、草含水量、土壤湿度、土壤层和草层表面相关长度及均方根高度、草层厚度对散射系数的影响。结果表明,散射系数随散射角振荡地变化,在镜反射方向处有明显的散射增强效应;入射角和入射波频率对散射系数的影响较大,草含水量、土壤层和草层表面起伏相关长度和均方根高度对散射系数影响较小且较为复杂,土壤湿度、草层厚度对散射系数几乎没有影响。     

1.064μm激光大气斜程散射建模及仿真

为了研究大气气溶胶对激光斜程传输的散射特性,建立了基于米氏散射理论的1.064μm激光大气斜程散射模型。利用MATLAB软件对模型进行仿真计算,分析了斜程散射光辐射参量的分布特性。并结合地面探测分析了探测器的方位及探测方向对散射光辐射照度的影响。结果表明,该模型为机载激光指示器系统的战术训练、地面激光探测提供了可靠的理论依据。