超声调制光信号的调制深度与组织光学特性关系

超声调制光学成像技术融合了光学成像和超声成像的优点,已实现对浑浊介质内隐藏异体的成像,是一种很有前景的医学成像技术。通过实验探究超声调制光信号与组织光学特性的关系、超声焦区内外组织的光学特性对调制信号的影响,发现超声对光信号的调制深度与超声焦区组织的光学性质呈简单的线性关系,调制深度随样品散射系数的增大而减小,随样品吸收系数的增大而增大。超声区信号调制深度基本不受超声调制区域外复杂组织的光学特性的影响。这为超声调制光学成像提供必要的图像重构依据。     

沉没在高散射介质中的吸收体和散射体的 扩散光子密度波取象

我们使用扩散光子密度波法研究了沉没在高散射介质中的吸收体和散射体的取象,并对含有吸收体和加入不同颜色染料的散射体的取象实验结果进行了比较和分析。从实验结果可以得出用扩散光子密度波法可以探测强散射介质中吸收体或散射体的存在、大小和形状;以及在强散射介质中的散射体内加入不同颜色的颜料时,散射信号会发生不同的变化。     

沉没在高散射介质中的吸收体和散射体的扩散光学密度波取象

我们使用扩散光子密度法研究了沉没在高散射介质中的吸收体和散射体的取象,并对含有吸收体和加入不同颜色染料的散射体的取象实验结果进行了比较和分析。从实验结果可以得出：用扩散光子密度法可以探测强散射介质中吸收体或散射体的存在、大小和形状;以及在强散射介质中的散射体内加放不同颜色的颜料时,散射信号会发生不同的变化。     

激光参数及激光超声探测方法对超声信号影响

文中通过激光超声激发过程理论模型,获得激光超声信号的波形特点,并分析相关参数对激发超声信号的影响。应用两种不同的激光超声探测方法对激光超声信号进行探测,即分别采用超声探头和基于双波混合干涉的光学探测方式搭建两种实验装置。实验针对入射激光参数对激发超声信号的影响及两种探测方法获得激光超声信号的特点进行分析。通过实验验证了理论分析结果,得出入射激光参数会影响激发超声的幅度,而基于双波混合干涉的光学探测方式可以获得更为完整的超声波形信息。     

水下近场探测与成像的光学调制技术研究

基于光学调制的水下探测与成像技术是目前最先进的水下光电探测技术之一。本文结合国外最新的理论研究成果、实验装置与实验结果对水下近场探测与成像的光学调制技术进行了进一步的探索。论证了光学调制技术作为水下探测方面的最新技术,其相对于众多成熟技术的优势与在该领域的发展潜力,并对水下环境特征、基于频域的水下探测技术以及应用于水下近场成像的时变强度调制技术进行了分析与讨论。     

宽视场远距离光学散射成像技术研究进展

散射体内部颗粒分布及折射率分布的不均匀对经过散射体的携带目标信息的光子传播造成干扰,导致直接探测的图像失真。针对该问题,发展了众多的光学散射成像技术,实现了部分特定散射介质条件下的目标成像。介绍了基于弹道光子优化采集的部分传统散射成像技术的原理,还介绍了最新发展的计算散射成像技术的基本原理与技术特点。计算散射成像技术正朝着充分利用大光学厚度散射介质引起的非弹道光子的方向发展,其中基于光学记忆效应和相位恢复的算法、相干衍射成像、叠层迭代引擎等计算成像技术可能适应厚散射介质动态变化、目标非稀疏性等特点,有望应用于宽视场、远距离散射成像领域。     

正弦相位调制全深度频域多普勒光学相干层析成像技术

将多普勒探测与正弦相位调制复频域光学相干层析成像技术(OCT)相结合,建立了基于正弦相位调制的全深度频域多普勒光学相干层析成像系统。利用正弦相位调制B-M扫描方法,并采用傅里叶变换结合带通滤波的方法重建复干涉谱信号,获得全深度层析及多普勒图像。成像深度范围扩大为原来的2倍,在整幅图像范围内均可获得较高的速度探测灵敏度。基于该系统获得了血流仿体的全深度层析图及全深度多普勒图。实验测量的系统最小可探测速度为5.35μm/s。     

水的光学特性对水下光学成像质量影响的分析

水的光学特性对光学成像质量有着重要的影响,水对光的吸收、散射作用可造成光在水介质传播中的衰减,本文就水的光学特性及其对水下光学成像质量的影响进行了分析,以为成像系统在水下的应用提供基础的理论依据。     

超声调制的散射光在多层生物组织中的传播

通过Monte Carlo方法研究了经超声场调制的散射光在双层和三层生物组织中的传播规律.给出了超声调制的散射光及其调制深度与介质厚度、吸收系数、散射系数和各向异性因子的关系.Monte Carlo模拟结果表明,经超声调制后的散射光会随着超声区外生物组织的光学参数和组织结构的变化而变化,而调制深度只与超声区的声光特性有关,与超声区外生物组织的光学特性、组织结构等无关,是超声调制光学成像技术最终进行图像处理与重建的关键物理量.     

海洋水气界面对光学成像探测影响的研究

利用激光进行主动成像探测正在海洋探测发挥越来越重要的作用。波涛起伏的海面是一个复杂折射系统,能够对跨介质的水下目标光学成像探测产生复杂影响。为了研究海面起伏对光学成像的影响,本文先以Gerstner波为对象从机理上进行了分析,得出只有在大角度入射,也就是光入射到海浪波峰附近的小范围区域中时,海面折射才会对探测产生较大影响。接着本文使用基于Phillips海浪谱的统计波模型建立了模拟海面,并统计了垂直光照条件下入射角,发现绝大多数都是小角度角;然后分析了折射后各点光线的具体偏折情况;最后进行了成像模拟,用结构相似度(SSIM)评价了不同海况下的图像质量。研究结果说明海面起伏对探测的影响较小且对光在各处的削弱均匀,没有呈现与水面对应的复杂情况;图像质量随海况等级的提升而指数下降。     

三维全深度复频域光学相干层析成像系统及其对人体皮肤的在体成像

基于正弦相位调制建立了用于人体皮肤在体三维成像的全深度复频域光学相干层析(FDOCT)成像系统。通过在不同横向位置获取的干涉谱信号中引入正弦相位调制,利用傅里叶变换结合带通滤波的方法重建复干涉谱信号,使成像深度范围扩大为原来的两倍,且适合对活体组织进行在体成像。通过优化相位调制周期内的采样点数,提高了镜像抑制比。基于该系统在体获得了人体皮肤的三维全深度层析图,图中角质层、表皮层及真皮乳突层等皮肤层状结构清晰可见,镜像消除比约为36dB。     

可抑制生物组织散射效应的光学聚焦技术研究进展

生物组织对光的散射使得光束通过透镜后无法在组织的深层(大于1 mm处)聚焦,制约了需要光能聚焦的成像技术(如共聚焦显微、双光子显微)在生物医学领域的应用。为了抑制生物组织的散射效应,将光聚焦到深层组织,需要对入射光的波前进行调制。基于此要求,以下三种光学聚焦技术得以提出并发展:用待聚焦区的光强作为反馈信号的波前整形技术;将声光调制和时间反演(或光学相位共轭)技术相结合进而在散射介质内部实现光学聚焦的技术;对散射介质传输矩阵进行测量的光学聚焦技术。本文对上述光学聚焦技术的研究进展进行了综述,比较并展望了其在生物医学领域中的应用前景。     

基于前馈调制的光载毫米波发生器的设计与实现

提出了一种新型的基于16倍频前馈调制(FFM)技术的160GHz光生毫米波方法。以两个频率相互锁定、间隔为100GHz的激光器为光源,通过两级前馈调制和三级光学交织选择,产生160GHz间隔的二相相关光学边。通过高速光电探测,实现低相位噪声的毫米波信号产生。建立了相应的理论模型,并进行了仿真分析。理论结果表明,该方法可以有效降低系统误码率,提高系统效率。同时,由于该方法结构简单、成本较低,对光载射频通信系统具有重要应用价值。     

前向调制散斑偏振关联成像技术研究

近年来,关联成像成为光学成像领域的前沿和热点研究之一,它是一种新型的成像技术,具有广泛的应用价值和前景。偏振探测技术可以提升系统探测识别能力,且具有对不同材质物体的分类能力。将关联成像技术与偏振探测技术相结合,固定探测端偏振配置,使用Hadamard模式照明散斑,对照明散斑进行分时偏振调制,搭建了前向调制偏振关联成像系统。利用该系统对含有多材质物体的场景进行了偏振探测成像实验,利用探测信号与照明散斑计算出了场景的强度和偏振信息。使用演化压缩采样复原技术,在不同采样率下对场景信息进行了复原,在12.5%的采样率下获取了场景清晰的强度和偏振信息。     

超短脉冲激光在生物组织的路径理论和一种新成像方法

光在生物组织中的传输可以分别考虑光能量吸收和无光能量损耗的光传播路径.本文介绍了研究高散射介质中光传输路径的Monte Carlo方法和理论拟和方法,定义了光传输路径的一些概念、在空间和时间维超短脉冲激光在高散射介质中的传播、超短脉冲的空间宽度和时间宽度对光传输的路径宽度的影响、光在生物组织的空间位置对传播路径影响,结论表明:光在生物组织的路径宽度和路径形状随时间和空间变化;超短脉冲的空间宽度和时间宽度的增加,光传输的路径宽度增加;随时间的增加光传输的路径宽度增加.根据研究的结果和光传输路径的简明分析提出了一种新的成像方法,利用超短脉冲激光作激励,用多个探测器在不同位置探测光强度信号的时间变化,根据探测器的位置和时间变化的信号强度结合路径理论可以重构出散射介质中吸收体的像.(OF5)     

采用光学处理方法的被动太赫兹波综合孔径成像

综合孔径技术对于提高被动太赫(THz)成像系统的分辨率、减小系统体积有着重要的意义.研究了一种基于电光调制和空间光干涉成像的THz综合孔径成像技术.在该成像方法中,天线阵列接收目标辐射的THz信号,通过混频和电光调制将信号振幅和相位信息加栽到激光载波上,由光纤传输该激光信号并在光纤末端形成天线缩比阵列结构,最终利用光纤阵列输出光束的空间互相干在透镜焦平面上获得目标成像.分析了该成像方法的原理,以及成像中的信号变换与光学干涉处理的关键技术,并利用0.5 THz超导体一绝缘体一超导体(SIS)接收机进行了电光调制和干涉实验.结果表明:该方法能够应用于被动THz综合孔径成像.     

基于特征值分解的时间反转超声成像技术

由于声波衍射的关系,超声成像系统的检测效果会受到检测深度、传播介质等因素的影响,难以取得理想的高分辨率成像结果。文中基于时间反转声学理论,将基于时间反转矩阵特征值分解的成像算法引入超声成像技术中。在该算法中,每一个非零的特征值均对应一个散射体,通过对时间反转矩阵进行特征值分解得到包含检散射体相位信息的特征向量,将得到的时间反转信号反向发射从而实现对不同散射体的成像。仿真实验结果表明,该算法对于一定深度的缺陷具有更好的检测效果,且缺陷的横向分辨率明显优于一般超声成像算法,这一结果有益于提升超声系统区分多个近距离目标的能力。     

基于透射式RSOD的平衡探测型OCT系统

报道了一种适用于平衡探测型光学相干层析(OCT)成像系统的透射式快速扫描光学延迟线(RSOD).该透射式RSOD主要由反射型闪耀光栅、傅里叶透镜、快速扫描振镜、直角棱镜和反射镜组成.具备了反射式RSOD同样的相位调制、轴向扫描、调节色散功能.实验表明,基于透射式RSOD构建的平衡探测型OCT系统,与基于反射式RSOD的非平衡探测型OCT系统相比,图像质量明显提高.     

高散射介质参数对超短脉冲激光传输的定量影响

近年来，研究无辐射损伤的生物组织光学成像方法和技术引起了国内外的重视．生物组织是由不同大小、不同成分的细胞组成的高散射介质，光在这种介质中传输时将产生散射和吸收．超短脉冲激光在离散射介质中传输时，将因漫散射使脉冲展宽，这是脉冲光与散射吸收体相互作用的统计反映，因此漫反射、漫透射光中也必然含有介质光学特性的信息．通过研究散射光的时间行为，将可能间接获得介质内部非均匀性的空间位置信息，从而对介质中的散射吸收体（如生物组织中的肿瘤等）成像．红光与辽红外光人射到高散射介质后，在其内部主要以漫散射光的形式…     

利用测量温度对介质光衰减系数影响的方法

本文的目标是研究一种无损检测温度对介质特别是生物组织光学特性影响的新方法。以牛奶作为样品,将其从低温开始加热,温度跨度从20-35℃,利用光学相干层析成像仪(OCT,中心波长为850nm)每隔5℃对牛奶进行一次成像取得对应的OCT信号强度数据。经过分析发现,当温度升高时,OCT系统探测到信号的衰减系数随之增大。这是一种研究温度对生物组织光学衰减系数影响的新方法。