一种大视野快速光学衍射层析成像技术

光学衍射层析成像技术是一种新兴的对细胞和组织进行非侵入、无创伤、无标记快速三维成像的技术，在细胞代谢、病理和肿瘤诊断等方面都有很大的应用前景。传统的光学衍射层析成像技术视场范围较小，视野内仅有单个或数个细胞，难以直接观察到细胞间的相互作用，无法对散射较强的厚、大细胞进行成像，这在一定程度上限制了其进一步应用。针对视场范围较小的不足，提出了一种用满采集物镜的视场数的大视野光学衍射层析成像技术，可以获得更高的散射光子通量，提高成像质量，减弱伪影、振铃等边缘效应，视野内可以观测到多种状态的细胞和细胞间相互作用。结果表明，大视野光学衍射层析成像技术在兼具亚细胞分辨率和无标记活细胞长时程三维观测能力的同时，具有更大的视野、更小的边缘效应，生物应用前景更加广泛。     

激光扫描热成像无损检测关键参数影响分析

对一种新型红外热波无损检测技术激光扫描热成像无损检测技术进行了研究。在深入分析检测机理的基础上建立了激光扫描热成像有限元数值计算模型,选取缺陷处和非缺陷处表面最大温差作为特征量,对样品材料、缺陷大小、缺陷深度、激光扫描速度和激光扫描功率等关键参数对激光扫描热成像检测的影响规律进行了仿真和分析,为该新技术的进一步发展和应用提供了参考;采用数据拟合方法得出了各参数和表面最大温差关系,并以此为基础提出了激光扫描热成像技术检测参数控制策略,实际检测过程中,可据此针对样品缺陷特征快速准确设置检测参数,提高检测能力。     

自适应光学在双光子显微成像技术中的应用

光学显微镜是生物医学研究必不可少的工具，其中双光子显微成像技术具有大深度三维显微成像功能，被认为是深层生物组织研究的首选工具。但是，在双光子成像系统使用过程中，光学系统的装配偏差、光学元件不理想以及生物样品的不均匀性都会在成像过程中引入像差，从而降低成像质量。通过在双光子显微成像系统中引入自适应光学技术，可实现对像差的有效校正，从而提高成像的分辨率、深度和视场。介绍了双光子显微成像中的像差来源和特点，概述了自适应光学技术中不同的探测和校正方法，综述了近年来自适应光学技术在双光子显微成像中不同的应用成果，最后对自适应光学在双光子显微成像中的发展进行了展望。     

三维显微图像的分辨率评估方法及应用

现有分辨率评估方法,如瑞利判据、阿贝判据、半峰全宽方法等都具有一定的应用局限性。本文采用基于切片傅里叶壳层相关(sFSC)的频域分辨率评估方法来评估系统的实际成像能力,该方法对分辨率的评估结果仅取决于图像质量,不受系统成像理论的影响,是一种客观、直接的计算方法。它将傅里叶壳层分成楔形壳层对,每个选择器都是一对镜像楔形,以改善由三维荧光成像各向异性带来的分辨率评估问题。实验结果表明,sFSC可作为一种无参考三维图像分辨率评估方法,且利用sFSC方法的分辨率结果所拟合的三维高斯点扩展函数(PSF)进行图像反卷积操作,能有效恢复图像纹理细节,提高图像信噪比,且相比于其他PSF估计方法,sFSC方法具有更好的性能。     

基于光学显微镜的三维成像技术

传统研究显微样本三维结构的方法是通过在显微镜下获取其二维图像进行观察和分析的,难以准确理解样本的三维结构.因此,研究显微三维成像理论、三维定量分析技术,具有很高的实用价值和重要的学术意义,该领域的研究也是显微信息学科的研究热点之一.针对不同显微样本的三维成像与处理问题,论文以多种光学数码显微镜作为硬件平台,系统、全面地开展了基于光学显微镜的显微三维成像、处理和分析方法的研究.重点研究了聚焦深度显微三维成像、显微双目立体成像、序列显微光学切片三维成像、连续物理切片显微三维成像测量等关键技术和系统实现.聚焦深度显微三维成像方法为解决显微成像景深有限的问题,研究了各种序列显微图像空域聚焦融合算法,对优选出的改进Laplacian算子图像融合方法,提出了基于深度图去噪处理等的优化改进方案,实现了序列显微图像的有效合成,扩展了显微照相的景深.在此基础上,实现了一套基于聚焦深度的显微三维成像测量显示系统.三维成像实验:以昆虫眼睛图像序列验证三维成像方法.昆虫眼睛图像序列原始图用MOTICDMBl显微镜,4倍物镜,冷光源外照射反射光成像,包括33幅不同聚焦层面的原始图像.三维成像效果达到一定实用要求.双目立体体视显微镜三维成像为改进传统光学体视显微镜实现立体显微三维成像,根据计算机立体视觉原理,提出了一种基于光学数码体视显微镜的显微立体表面成像、测量系统方案.针对该系统特点,提出使用线性标定模型来标定立体视觉系统.为解决光学显微立体图像的匹配问题,从所研究的两种匹配算法中,优选出新序数测度匹配法.基于上述方案和算法,实现了一套基于光学数码体视显微镜的显微立体表面成像、测量软件系统.三维成像实验:以某航空材料断口表面显微三维立体成像为例验证该三维成像方法,材料断口表面显微图像采用本研究设计的双目立体摄像MOTIC K500MBGG体视显微镜,16倍物镜,冷光源外照射反射光成像,包括2幅左、右光路采集的原始图像.三维成像效果达到一定实用要求.序列光学切片显微三维成像为解决显微荧光三维成像去模糊的问题,研究实现了最近邻、线性去卷积和最大期望光学切片去模糊复原方法,分析总结了上述三种算法的性能和优缺点,给出了各算法适用的条件.在此基础上实现了一套序列显微光学切片三维成像系统.三维成像实验:为说明光学切片三维去模糊效果,以Confocal获取的显微荧光细胞三维图像为例,本序列图像由MOTIC集团提供,共16层图像,各层图像上有一些模糊效果,经EM去模糊算法50次迭代,一定程度上去除了模糊效果,然后用体可视化方法显示.显微物理切片三维成像研究了生物组织序列切片图像的三维重建和测量方法,根据连续组织切片的特点,提出用上、下层切片图像间存在的对应结构特征部分作为控制点,采用2次多项式进行几何校正、配准.对当今国内、外体视学界广泛认同的三维粒子测量计数方法一双层切片法(Disector)原理进行了分析,提出在计算机图像分析系统上,设计实现自动双层切片体视测量和三维成像方法.三维成像实验:以大鼠肝门部胆管微血管切片图像序列为例验证该三维成像方法.本序列图像选自与解放军总医院肝胆外科一同合作的"大鼠肝门部胆管微血管的三维重建"实验,总共有16幅经空间配准后的不阿层面的大鼠肝门部胆管微血管厚切片序列图像.三维成像效果满足医学研究需要.     

光在柱状生物组织中传输的特性

利用蒙特卡罗方法对同一组光学参数分别模拟了半无限大平面、单层柱状和双层柱状生物组织中的吸收光子数密度,结果显示不同边界情况下光在生物组织中的传输有明显的差别。讨论了边界对生物组织中光传播的影响,模拟了柱状生物组织中的能流率随空间坐标的变化,并与实验结果进行了比较,验证了模拟计算的正确性。     

基于集成成像的生物微小组织三维信息获取方法

提出一种将集成成像和光学显微镜结合实 现生物微小组织三维信息获取的新方法。以显 微镜为基础,结合集成成像特性,应用光学成像理论设计了与光路匹配的微透镜阵列,研制 了微弱光下的 三维信息获取系统。与已有方法相比,本文方法采用新的成像光路和三维信息获取器件,因 而放大倍数更高, 可记录更多的生物微小组织三维信息。针对生物微小组织,利用集成显微成像装置获得了 单元像阵列图像实验数据,分析了样本的三维结构和信息,验证了本文系统在微型组织三维 信息获取方面的有效性。     

基于脉冲激光点光源热成像方法检测钢材表面裂纹

在损伤之前检测和表征钢材上的表面裂纹是一项非常重要的任务,对于涉及相关的结构安全有重大意义。本文采用了一种非接触式的脉冲激光点光源热成像技术,用于检测钢结构试件的表面破裂裂纹。使用脉冲点激光源将热量加载到材料表面,热流在传导过程中会受到裂纹缺陷的影响,裂纹的边界处阻挡的热流导致表面产生了明显的温度差,红外热像仪实时监测表面温度场的变化来实现裂纹缺陷的可视化。通过有限元仿真分析与实验验证的方法进行研究,结果表明:激励开始后,裂纹缺陷边界开始出现温度差,激励结束后,温度差达到峰值,实现裂纹缺陷的可视化;缺陷边界的温度差峰值以及出现时间与激励中心的距离相关。同时为下一步的定量检测奠定基础。     

基于光学干涉法的光学元件表面粗糙度检测技术

为实现光学元件表面微小粗糙度的精准、详细检测,研究基于光学干涉法的光学元件表面粗糙度检测技术。该技术采用基于集成光学干涉成像技术对光学元件表面干涉成像,通过改进的Niblack二值化算法提取元件表面干涉图像条纹信息,并基于节点迭代的去毛刺方法细化处理干涉条纹,利用最小二乘方法拟合干涉条纹,获取最小二乘拟合直线得出评定基准,建立评定表面粗糙度的高度参数和间距参数的数学模型,完成粗糙度检测。测试结果显示:该技术干涉成像能力较强,生成的光学透镜元件干涉图像弧度与边缘较为清晰,可有效去除干涉条纹毛刺,检测光学元件表面粗糙度时的真正类率最大数值已达到1.0。     

硅（外延）片表面结构缺陷的光学无损检测

反射型魔镜检测方法（Ｒ－ＭＭ）是基于“局域波面畸变”缺陷成像原理的一种光学无损检测方法．我们采用Ｒ－ＭＭ方法检测了大量的硅片和硅外延片，非常方便直观地观测到漩涡缺陷、杂质条纹、管道等十多种反映实际生产工艺问题的缺陷，经化学腐蚀对比实验表明，检测结果是可靠的．在本文中，我们还着重讨论了外延层对衬底结构缺陷“放大”作用及其物理机制．并报道了缺陷种类与外延片类型之间存在的一些特殊对应关系．     

有机聚合物点及生物光学应用

近年来，有机半导体聚合物点（Pdots）以其光吸收截面大、稳定性好、生物相容性好、光物理性质可调等特性受到了广泛关注。聚合物点已被应用于生物传感、生物成像以及光学治疗等生物光学应用领域，对即时检测、活体成像、肿瘤治疗等具有重要意义。本文简要介绍了聚合物点的发光原理、制备方法、性能表征和修饰策略，总结了聚合物点在生物传感、生物成像以及光治疗应用中的最新研究进展，并分析了聚合物点在生物光学领域面临的挑战及未来的发展方向。     

强激光对组织热损伤过程的数值模拟与实验研究

强激光作用于生物组织时会产生气化、碳化和熔融等相变热效应，并对组织造成热损伤，据此提出了包含碳化层和生物组织层双层结构、具有两个相间移动边界的激光与生物组织热相互作用数学模型。对数学模型进行了数值求解，得出了组织内部的温度分布，相间边界的温度，相间边界移动速度及碳化层厚度等参数的变化规律，并探讨了它们与激光强度之间的相互关系等问题。数值模拟表明，该光热作用过程分为两个不同阶段：起初的非稳态阶段以及紧接着的准稳态阶段，此时相间边界温度、相间边界移动速度以及碳化层的厚度均为与时间无关的常数。进行了激光生物组织热损伤实验，实验结果与数值模拟结果进行了比较和分析。结果表明，热损伤区大小、碳化层厚度等模拟值能与实验值较好地相符。     

基于超声合成孔径的物体三维轮廓成像技术

文中研究了采用超声合成孔径技术对物体进行三维轮廓成像的方法,通过超声合成孔径成像的数据得到轮廓线图像。根据探头移动轨迹建立三维坐标系,将轮廓线转换点云数据,其中利用边缘检测提高轮廓线的精度,通过轮廓线间的位置关系得到物体表面数据,结合表面数据复原出物体三维轮廓。实验结果表明,采用超声合成孔径技术可以实现物体的三维成像,是又一种有应用价值三维成像技术。     

条纹投影动态三维表面成像技术综述

对条纹投影动态三维表面成像技术进行了总结,分析了典型方案的特点。首先介绍了该技术的基本原理,包括系统基本结构、三维表面成像原理及相移法和傅立叶变换法这两种典型的相位提取方法。接着介绍了动态成像方案,包括高速投影方案和采用速度相对低的相机进行动态三维表面成像的方案。然后介绍了动态三维成像中绝对相位获取方法,主要是模拟和数字编码法及区域统计特性编码法。最后介绍了高精度动态相位测量方案。     

基于主动激励的硅通孔内部缺陷分类识别

硅通孔(TSV)三维封装因其独特的工艺而备受关注,然而内部缺陷的检测一直是限制其进一步发展的难题。主动红外热成像技术是一种新型无损检测方法,具有无接触、高效率等优点,为实现对TSV内部典型缺陷的识别与分类,提出了一种基于激光加热主动激励的TSV内部缺陷分类识别方法。以激光为辐射热源,充分激发TSV内部缺陷,通过理论与仿真分析,掌握不同内部缺陷在主动激励下的外部温度分布表现规律;建立卷积神经网络模型,通过对外部温度分布结果的训练,实现内部缺陷的分类识别。通过试验证明,该方法对典型TSV内部缺陷具有良好的识别能力,识别准确率可达97.12%。利用主动红外热成像检测方法实现了对TSV内部缺陷的有效检测,为三维封装缺陷检测提供了一种快速有效的方法。     

激光超声波成像技术在奥氏体不锈钢焊缝检测中的研究

提出一种激光超声波成像技术对奥氏体不锈钢焊缝中的人工缺陷进行检测,利用Nd:YAG脉冲激光器对奥氏体不锈钢焊缝进行扫查,对接收到的超声波信号进行离散正弦/余弦变换(DST/DCT)和希尔伯特变换(HT)。常规的超声波成像方法不能有效检测焊缝边界及焊缝中的人工缺陷,采取离散正弦/余弦变换和希尔伯特变换相结合的激光超声波成像技术不仅能直观、高效地检测出焊缝边界,而且对焊缝中的缺陷位置、大小及形状等也能有效检测。离散正弦/余弦变换和希尔伯特变换的激光超声波成像技术为焊缝缺陷中的定量检测提供了基础。     

新的生物医学成像技术——光学相干显微术及其应用

光学相干显微术是一种新的成像技术，它能对高散射介质，如生物组织进行非介入的快速成像，其分辨率远大于Ｂ超，因而在活体生物组织的微结构分析和疾病诊断方面有重要的应用价值。     

纤维增强复合材料太赫兹成像无损检测

利用太赫兹时域光谱成像技术检测了内含缺陷的玻璃纤维与碳纤维增强复合材料,获得了材料内部缺陷的太赫兹透射图像,从而实现对复合材料样本的无损检测。实验结果表明,太赫兹透射成像技术可检测出多层玻璃纤维复合材料的层间缺陷。但该技术对于碳纤维复合材料中缺陷的检测能力有限,主要是因为碳纤维具有导电特性,导致太赫兹信号对其穿透能力有限。通过对成像模式的调节,太赫兹无损检测技术可对碳纤维材料内部深度约为0.2 mm、宽度为10 mm的缺陷进行成像检测。这为发展准确、灵敏、高效的纤维增强复合材料太赫兹无损检测技术提供了基础实验数据。     

生物折射率三维无标记定量成像研究进展

折射率是生物样本最重要的光学属性,经常作为内源性“标记物”进行无标记定量成像。虽然通过测量光程差获取相位信息的传统定量相位成像方法已被广泛研究,然而其获取的相位结果是样本折射率与厚度的耦合产物,无法重建三维形态学信息。近年来,以光学投影层析方法为开端,研究人员率先开启了以三维折射率定量成像为目标的形态学特征重建方法研究。然而光学投影层析方法未考虑衍射效应,导致其精度不足。为解决该问题,基于散射反演求解的光学衍射层析技术应运而生,并在无标记生物三维成像方面展现出巨大的潜力。本文锁定生物折射率三维无标记定量成像研究,聚焦光学投影层析和光学衍射层析两种方法的发展历程,从正向测量模型、反演算法以及实现方法三方面进行综述,并对该研究未来的工作进行展望。     

基于激光再制造机器人的表面浅斑缺陷识别研究

机器视觉系统对于提高激光机器人再制造质量有重要作用。针对浅斑类缺陷无法在点云数据中定位的问题,开发了专用识别系统,将二维图片和三维点云结合起来实现该类缺陷的三维检测。对灰度图片进行处理,包括图像频域增强、区域标记和区域合并等,实现了二维图片中的缺陷定位;利用双目立体视觉系统对再制造零件表面进行扫描,获取零件表面三维点云数据,同时将二维缺陷边界转换为三维缺陷边界,实现了点云数据中缺陷的定位。实验结果表明,该系统能有效识别浅斑类缺陷,并且再制造精度高。