应用于玉石结构分析的光学相干层析技术

本文首次尝试将光学相干层析方法的微观结构层析分辨能力应用于检测玉石结构进而分析其质地,阐述了光学相干层析图像中反映的玉石结构特征以及物理解释。实验中利用中心波长1310nm的宽带光源和傅立叶域光学延迟线实现了扫描速度1帧/秒、纵向分辨率15um、成像深度3mm的光学相干层析成像系统,根据翡翠样品在层析成像中的光学散射特性随深度变化梯度和在二维被测切面内的强弱分布,提出了评估翡翠透明度和净度特性的光学方法,同时OCT图像特征亦可直观显示古玉钙化沁色部分的光学特性差异。实验结果验证了OCT检测方法用于区分翡翠透光特性的可行性,显示了OCT成像在辨别古玉钙化沁色特征中的应用潜力。     

用线性补偿算法和CCD响应补偿来提高频谱OCT图像质量

在频谱光学相干析成像(频谱OCT)系统中普遍使用的CCD采样的数据是波长的函数。CCD对不同波长的信号具有不同的响应,而且图像重建进行的傅里叶逆变换所需要的数据是波数的函数,忽略这两个问题对频谱OCT成像质量的影响比较大。基于以上分析,提出了响应度补偿法和波长数据-波数数据转换线性补偿法,并对样品进行了实验验证。实验结果表明,该方法能够将OCT图像的信噪比(SNR) 提高约30%,明显改善了图像质量。     

基于多级维纳滤波的OCT图像除噪方法研究

为了实现光学相干层析成像（OCT）过程中采集信号的噪声去除,设计了基于维纳滤波和对比度增强的OCT图像处理方法。首先对OCT图像的噪声进行了分析,继而针对OCT信号的噪声干扰问题提出一种除噪算法,通过多尺度维纳滤波器对图像进行滤波处理,然后根据区域特性采用对比度增强方法提高图像对比度。实验结果表明：经该方法处理后图像的背景方差（BV）较原始图像降低了3-7倍,而且信噪比高,细节方差和背景方差之比（DV/BV）提高了3-6倍。该方法不仅有效去除了OCT图像的噪声,而且视觉效果良好,是一种有效的图像后处理方法。     

眼科手术导航的OCT图像畸变矫正

光学相干断层扫描(OCT)具有成像速度快,分辨率高的特点,被广泛应用于眼科疾病诊断。针对眼科手术中需要快速获取指定手术区域的深度信息,本文提出了一种将OCT应用到眼科手术导航的方法。基于扫频OCT系统,以二向色镜结合CCD相机进行实时观测,对扫描坐标系和相机坐标系进行坐标匹配,完成OCT的扫描定位。对于由样品自身折射所带来的图像重建与实际坐标的误差,基于费马原理与斯涅尔定律进行OCT图像重构误差矫正,在理论上推导了OCT图像与样品实际结构的映射关系。实验结果表明,能够以较低的误差(深度误差约为50μm)获取特定位置的OCT图像,并完成OCT图像信息的矫正。该系统能够测量样品指定位置的准确信息。     

单探测器偏振相干层析信号的傅里叶变换分析

研究了生物组织的双折射率、质地密度及层次结构等不同特性对单探测器偏振相干层析(PS-OCT)信号傅里叶频谱的影响。探讨了单探测器PS-OCT的成像理论,建立了多层组织模型。以该模型为样品模拟了它的单探测器偏振OCT信号,并分析了不同模型参数对信号傅立叶频谱的影响。以牛软骨、新鲜及干牛腱为样品,利用单探测器PS-OCT系统对它们进行A型扫描,并对获得的数据进行傅里叶变换。获得的傅里叶频谱显示,随着样品双折射率、背散射率、结构层次等特性的改变,频谱中的谱峰形状及所对应的频率也发生变化,结果证实了单探测器PS-OCT系统检测多种生物组织特性的能力。     

眼底OCT成像系统的研制

光学相干层析（OCT）成像技术是一种高分辨率生物成像手段,能非侵入、无接触地对活体内部的结构与生理功能进行检测。在生物医学领域,OCT主要还是应用在眼科学,主要是因为近红外光很容易穿透人体眼睛介质。本文利用中心波长为854nm的宽带弱相干光源SLD实现了光学相干层析成像系统在眼科中的应用。系统采用傅里叶域光学快扫描延迟线实现了快速扫描成像,成像深度为3mm。我们自行设计了一种用于眼底信号探测的眼科探头,包括：眼底OCT成像光路;眼底照明光路;眼底照相光路,获得了眼底黄斑和眼底视神经乳头的眼底照片以及OCT图像。     

频域OCT图像的深度坐标标定

为了对频域OCT图像深度坐标进行标定,本文提出了一种方法,并进行了实验验证.频域OCT图像深度坐标由宽带光源的特性与样品的不均匀折射率决定,因而坐标间隔不均.最大深度坐标(频域OCT的探测深度)由线阵CCD的像素总数和参考镜的虚像位置决定:线阵CCD的像素总数越多,最大深度坐标越大,但最终被光谱仪的分辨率所限制;参考镜的虚像位置设于样品以内时,最大深度坐标比参考镜的虚像位置设于样品以外时大一倍.该方法可以应用到实际频域OCT系统中.     

群相可控光学延迟线色散特性分析

分析了光学相干层析(OCT)成像系统的色散特性。分析表明,系统色散与振镜离焦量成正比关系,且在一倍焦距以内为负色散,在一倍焦距以外为正色散。设计了纵向分辨率为8 μm的OCT系统,测得振镜位于傅里叶透镜焦点外0.5 mm处时,系统产生的色散值约为77 fs²,实验结果与理论相符合。     

由冠脉光学相干层析图像自动提取血管壁内轮廓

研究了冠脉光学相干层析(OCT)图像血管壁内轮廓的自动提取方法以提高算法的鲁棒性和计算效率.首先,利用冠脉OCT体数据中相邻图像之间的相关性去除鞘管信号对边缘提取的影响.接着,采用射线发射法估计血管中心,并以血管中心作为极点对去除鞘管信号的图像进行极坐标变换.然后,采用分块阈值滤波去除变换后图像的噪声并提取上边缘.最后,做逆极坐标变换得到血管壁的内轮廓.对400多幅测试图像的实验结果表明,该方法可以正确提取冠脉OCT图像的血管壁内轮廓,每幅图像的平均处理时间约为1.2s.该方法不仅能够正确处理血管分叉或鞘管干扰大的图像,而且计算效率高,因此在鲁棒性和处理速度上具有优势.     

光学相干层析系统的建立与研究

介绍了光学相干层析 ( OCT)成像技术的原理及应用 ,阐述了自行研究建立的OCT系统 ,给出了利用该系统得到的实际生物样品光学相干层析图像 ,对系统性能和结果作了分析 ,提出一定的改进方案     

基于SIPM的旋光色散波长测量方法

提出了一种利用旋光色散进行波长测量的方法。采用高灵敏度的硅光电倍增管(SIPM)探测线偏振光通过旋光物质和无旋光物质时的输出光强随步进电机旋转而发生的变化,由此测出旋光物质的比旋光度,从而根据比旋光度的色散特征方程求出对应光源波长。大量实验证明,该波长测量装置的精度为1nm,标准差为0.06nm,该波长检测方法具有良好的可行性与稳定性,并且该测量装置具有结构简单、易于调节等特点。     

光纤色散法测量闪烁体脉冲光谱

提出了一种利用光纤波长色散测量脉冲光谱的方法.由于具有较宽光谱的脉冲光在一定长度的光纤中传播时会发生波形展宽,需要根据测量和标定结果校正展宽的波形才能得到光源的实际光谱曲线.标定时首先利用ps级脉冲光源对测量系统进行时间响应标定,得到系统的时间响应函数;接着测量不同波长光的走时,得到不同波长的群折射率;最后测量光纤中的光谱衰减,得到各种波长的相对衰减或传输效率.利用以上3个标定结果,对波形进行数字逆卷积,并进行走时校正和衰减系数校正,即可对所得到的波形进行恢复.经实验测量和数据处理,得到了一种红光闪烁体的发光光谱曲线,其中心波长与用其他方法测到的中心波长的差小于2 nm,谱线形状基本一致.研究显示,在脉冲光的脉冲宽度远小于其色散展宽时,可以利用光纤的波长色散对脉冲光的光谱进行测量.     

纳米精度外差式激光干涉仪非线性误差修正方法研究

提出一种外差干涉非线性误差修正方法,采用混频技术将光频信号降低到通用数据采集系统频率响应范围内;采用高速数据采集板实现外差干涉测量信号和参考信号双通道同步实时采集;对采集数据进行光滑处理,滤除高阶非线性误差;解出位移量对应的相位差。试验结果表明,所提出的修正方法可以较好地修正双频激光干涉仪中存在的非线性误差,使外差干涉仪测量不确定度由原来的20nm降低到10nm。     

强脉冲干扰非线性混叠转子故障信号分离

由于旋转机械在运行过程中,传感器测得的振动信号是各振源的混叠信号且含有很强的噪声,常规的信号处理方法难以分离混叠信号,对设备的状态监测和故障诊断造成了很大的困难。针对这一问题,介绍了盲源分离基本原理和方法,指出源分离算法在脉冲噪声环境下失效。针对强脉冲噪声环境下的混叠振动信号,首先,通过中值滤波降噪方法对振动信号进行降噪;然后,通过盲源分离算法对降噪后的信号分离;最后,利用该方法对实测混叠转子振动信号成功实现了降噪和故障信号分离。仿真结果验证了提出方法的有效性。     

基于光学相干层析气冲印压技术研究角膜生物力学特性

结合频域光学相干断层层析术(SDOCT)以及空气脉冲印压技术(OCT气冲印压系统)研究了角膜的生物力学特性。采用热成型硅胶模拟角膜形态设计制作了8种不同硬度的角膜仿体,通过联接吊瓶和压力传感器控制并设定角膜仿体的前房压力。运用快速气脉冲作用于角膜,同时用OCT记录角膜整个动态形变过程,测得了角膜仿体形变参数——最大压陷深度(DA),并分析得到了反映角膜生物力学特性的硬度系数。结果显示:角膜仿体中央的实际厚度为(504.12±17.04)μm,不同硬度硅胶的角膜仿体的杨氏模量为90~1 400kPa,同一角膜仿体的杨氏模量值与模拟前房眼内压成正相关。同一眼内压下3次重复性实验表明OCT系统测量参数DA具有很高的重复性(ICC=0.992 6);不同观察者A和B的一致性实验表明,DA具有很好的一致性(差值均值为1.1μm)。不同眼压下所得仿体角膜的硬度系数与传统的拉伸实验测得的该仿体的杨氏模量具有明显的相关性(r=0.99,P0.001)。得到的测试结果表明,OCT气冲印压系统可以用来检测角膜生物力学特性,系统测量结果精确可靠。     

Determination of the parameters of the dispersion curves of lamb waves with the use of the Hough transform of the spectrogram of an AE signal

A method for the recognition of dispersion curves on the spectrogram of acoustic-emission signals has been developed based on the Hough transform. The method was successfully tested in an experiment using a Hsu-Nielsen source. It has been determined that the suggested method can determine the distance from the source of a signal, even when the signal arrives only at one acoustic emission transducer. This enables one to perform AE testing only with one-sided access to any dimensional object or when there is a sufficiently large distance between transducers, when an AE signal reaches only one of them.     

基于线性神经网络的高速光偏振仪

提出了一种新型的高速光偏振仪。使用一个既能产生反射光衍射又能产生透射光衍射的特殊金属光栅作为分光器,将入射光分为多束。利用光电探测器将其中的四束1级衍射光的光强线性地转换为电信号,将它们作为神经网络的输入,入射光Stokes参数作为神经网络的输出,建立多层线性神经网络模型。通过网络训练,得到电信号与入射光Stokes参数之间的映射关系。测出电信号后,通过训练后的网络可以计算出入射光待测的Stokes参数。测试结果表明:工作波长为632.8 nm时,Stokes参数测量值与理论值的平均偏差小于2%。该仪器结构紧凑、易于安装,具有测量速度快、精度高和非破坏性等优点。     

一种光学电流互感器的设计

介绍了一种基于火石玻璃Faraday磁光效应的光学电流互感器的传感机理、系统设计及试验结果，它把被测电流转换成电压，然后与偏置电压共同作用，LED发出受电流强度调制的光，PIN探测器把光信号转化成电信号，经电路处理，最后得到与被测电流成正比的电压。分析了电流与光强度变化的关系，实验表明，测量系统线性度较好。说明了影响光学电流互感器性能的主要因素及解决对策，指出了需解决的问题，并展望了光学电流互感器的发展前景。