连续太赫兹波合成孔径数字全息成像方法

太赫兹波数字全息成像技术结合了太赫兹成像技术和数字全息成像技术的优势,是一种新型相衬成像技术,具有光源相干性要求低、光路结构简单、实时定量获取物光波复振幅信息等特点,非常适用于太赫兹波段成像。影响数字全息成像技术分辨力的因素有多种,其中一个主要因素是探测器靶面尺寸的大小,因此,提出合成孔径方法扩大探测器靶面尺寸,提高太赫兹数字全息的成像分辨力。文中搭建了连续太赫兹波同轴数字全息成像装置,获取了样品高质量、高分辨力的振幅和相衬图像。实验结果有效说明了合成孔径方法可以提高太赫兹数字全息成像分辨力。     

太赫兹二维成像技术研究进展

太赫兹成像技术在人体安检、无损探伤、质量监控、生物医学、半导体特性表征等许多领域展现出广泛的应用前景。本文综述了各类太赫兹二维成像技术,包括太赫兹扫描成像、太赫兹单像素成像、电光调制太赫兹成像、太赫兹相机直接成像等技术,综述各类成像技术的研究背景,分析了具体的成像方法和成像结果,总结了不同太赫兹成像技术的优缺点并对今后太赫兹成像技术的发展趋势做出展望。     

连续太赫兹波同轴数字全息相衬成像

太赫兹同轴数字全息成像是基于太赫兹波干涉记录的一种新型成像技术,具有光源相干性要求低、光路结构简单、成像分辨率高、实时定量获取物光波复振幅信息等特点,非常适用于太赫兹波段成像。搭建了一套连续太赫兹波同轴数字全息成像装置,通过全息图预处理和相位恢复算法,获取了样品的振幅和相衬图像,有效抑制了共轭像,并进一步探索了太赫兹同轴数字全息技术在生物医学检测上的可行性。     

脑胶质瘤太赫兹全息成像探索

太赫兹波(terahertz,THz)是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区,也是电子学向光子学的过渡区,称为电磁波谱的"太赫兹空隙(THz gap)",由于其独特的波谱特征,使得它在生物医学研究中成为研究热点。脑胶质瘤疾病是一种高发性的神经肿瘤疾病,对于它的早期诊断和早期治疗是脑胶质瘤患者获得良好预后的关键。本研究即采用大鼠C6脑胶质成瘤模型,利用太赫兹波对其皮下和颅内成瘤组织的冰冻切片进行波谱特征分析,同时利用太赫兹全息成像技术对其进行成像分析,对比研究不同厚度病理组织切片的波谱特征差异、对比正常组织和成瘤组织的波谱特征差异及其太赫兹全息成像结果,从而为实现太赫兹全息成像技术在生物医学检测应用方面奠定研究基础。     

太赫兹成像雷达系统研究进展*

与微波雷达和光电探测器相比,太赫兹成像雷达具有高分辨率成像、穿透能力好等众多优势,是太赫兹技术的重要应用方向之一。本文介绍了近年来国内外全固态太赫兹成像雷达系统方面的研究进展,指出太赫兹成像雷达研究中的部分关键技术,为太赫兹成像雷达系统的应用发展提供参考。     

太赫兹全息成像技术在太阳电池中的应用

晶体硅太阳电池具有成本低廉、工艺简单等优点,但在生产过程中难免会出现断栅、破裂等问题,因此对太阳电池片的检测至关重要。太赫兹波作为一种具有光子学及电子学特征的电磁波在无损检测方面具有独特的优势。通过采用太赫兹量子级联激光器数字全息成像系统,对模拟设计的太阳电池金属栅线、破裂硅片以及不同电阻率的衬底进行测试。结果表明,太赫兹全息成像技术在太阳电池检测领域具有较高的应用价值。     

太赫兹成像技术综述

太赫兹成像技术作为一种新兴的成像手段,具有非侵入、无损检测和高分辨力的优势,近年来取得了显著进展。本文从技术路线和研究现状对太赫兹成像技术进行综述分析。根据信号源类型,对比分析了脉冲太赫兹成像与连续波太赫兹成像两种机制的技术特性。在此基础上,重点讨论了具备超分辨成像和高速成像能力的技术方案,分析了它们的发展现状以及在未来太赫兹成像场景中的优势。最后总结展望了面向应用的太赫兹成像技术挑战。     

太赫兹Gabor同轴数字全息记录距离实验研究

太赫兹Gabor同轴数字全息系统具有分辨率高和结构紧凑等特点,有潜在的应用前景。由于其系统横向分辨率与记录距离有关,因此研究实际成像系统中记录距离对成像结果的影响具有重要的应用价值。利用自制的分辨率分别为0.4mm和0.6mm的目标,进行了不同记录距离的2.52THz Gabor同轴全息成像实验,并通过角谱法实现数字再现。对再现像进行了对比分析,实验结果接近横向分辨率随记录距离变化的理论计算结果。     

低损耗太赫兹波导及其成像应用

高性能的太赫兹功能器件在太赫兹波的产生、传输及探测上都有着重要意义.报道了一种Kagome型低损耗太赫兹波导及其成像应用.首先根据反谐振波导理论设计了0. 1 THz处低损耗的太赫兹波导,其理论损耗低至0. 012 cm~(-1).然后使用3D打印技术制备波导实物,实验测得其损耗为0. 015 3 cm-1,波导末端光束发散角为6±0. 5°.最后基于该波导搭建了可重构太赫兹成像装置,分别实现了对隐藏刀片、矿石的反射和透射成像,在地下远距离勘探领域具有潜在的应用前景.     

非制冷太赫兹成像探测技术研究进展

非制冷太赫兹成像探测技术作为太赫兹研究领域的重要组成部分,目前已成为各国研究的热点之一.本文综述了近年来国内外非制冷太赫兹成像探测技术的研究进展,着重介绍了基于光热效应的微辐射热计和基于光子效应的场效应晶体管太赫兹探测器及其成像技术研究进展,分析了非制冷太赫兹成像探测器的现状及发展前景,对于研究非制冷太赫兹成像探测技术及应用具有一定的参考价值.     

数字全息显微定量相位成像的实验研究

建立了一套预放大式数字全息显微成像系统,通过对样品进行显微放大,实现了高分辨率的定量相位成像;并通过计算机控制相机自动曝光记录序列的数字全息图实现了动态相位成像。用标准样品验证了系统测量的准确性;以活体洋葱表皮细胞和血红细胞为样品,获得了清晰的定量相位像;以置于水环境的草履虫为样品,实现了动态成像。实验结果表明建立的系统可以实现高分辨率的动态定量相位成像,可以应用于生物活体样品的显微研究。     

2.52THz离轴数字全息成像和焦平面成像特性比较

利用已搭建的2.52THz焦平面成像装置和离轴数字全息装置,通过分辨率测量和水印及铅笔字成像,研究了焦平面成像和离轴数字全息成像这两种面阵成像的性能。实验证明,常规的焦平面成像由于太赫兹波长较长,很难获得较高的成像分辨率,且成像效果受放置位置的影响严重;太赫兹离轴数字全息成像可以提高成像分辨率,但成像物体大小受系统分辨率制约;焦平面成像较离轴面阵数字全息成像更适于大目标低分辨率成像。     

水下微生物的三维数字全息探测

为了有效地探测海水中微生物的分布情况,搭建了水中微生物的数字全息探测系统,具有原位、无干扰、动态、三维探测等特点。该系统的记录光路基于同轴全息术,并在此基础上引入显微镜头放大系统。实验中采用科学级CCD记录数字全息图,分析了数字再现算法,通过计算机编程计算,得到不同景深处微生物的再现像,再现结果可达到毫米量级以下的精度。实验证明,数字全息技术用于水中微生物的图像化立体探测是高效可行的。     

基于小波变换的太赫兹数字全息成像自动聚焦算法

自动聚焦技术是实现数字全息成像快速、准确再现的关键技术之一。在分析聚焦和离焦过程中小波变换高频和低频系数变化特点的基础上,提出了一种基于小波变换的聚焦判据函数。采用无噪声和被噪声污染的模拟太赫兹(THz)数字全息图,比较分析了这种聚焦判据函数和五种经典的数字全息聚焦判据函数的性能,给出了综合评价。仿真结果表明：同五种经典聚焦判据函数相比,基于小波变换的聚焦评价函数具有更好的单峰性、更高的主峰锐度和极佳的抗噪性,是一种性能优越的THz数字全息成像自动聚焦判据函数。     

太赫兹共焦扫描显微成像研究进展

随着太赫兹(THz)技术的发展,许多改善成像质量和拓展成像维度的方法不断应用到THz成像领域,其中有许多是借鉴了在其他波段已发展成熟的技术手段,这些技术与THz成像的结合,已成为当前研究的一个热点领域,THz共焦扫描显微成像技术即是其中之一。在介绍共焦扫描显微成像原理的基础上,阐述并分析比较了国内外THz共焦扫描显微成像技术的发展状况,这些研究展示了THz共焦扫描显微成像技术广阔的应用及发展前景。     

数字全息成像中基于导数的自动对焦算法

在数字全息成像自动对焦算法实现中引入适用的导数计算方法,形成了4种基于导数的对焦判据函数.通过分析在相移数字全息中记录全息图时引入的噪声在提取物光波复振幅过程中的传递,研究了噪声对基于导数的自动对焦算法的影响,给出了不同算法的综合评价.数值仿真和光学实验处理结果表明,Prewitt梯度判据函数(PRG),Tenebaum梯度判据函数(TEG)与角谱再现算法结合可以形成快速可靠的自动对焦算法.     

数字成像时间平均全息振动分析

提出用时间平均数字全息与数字成像相结合的技术测量物体的振幅场,在时间平均数字全息光路中引入成像透镜,使时间平均数字全息技术适用于大尺寸物体的振动分析。阐述了该技术的基本理论,设计了测量光路,并用圆形压电陶瓷片作了实验验证。实验结果表明,在相同条件下,使用数字成像时间平均全息技术记录和再现的数字全息干涉图与使用传统的时间平均全息干涉计量技术记录和再现的全息干涉图相吻合,比较两者的振幅计算结果误差很小。     

数字全息显微系统的成像分辨率分析

根据成像理论和全息系统的点扩散函数,研究了数字全息显微系统的成像分辨率,给出了无预放大和有预放大情况下成像分辨率的表达式,指出了只有当CCD的成像分辨率等于或高于显微物镜(MO)的成像分辨率时,预放大数字全息系统的成像分辨率才取决于显微物镜的数值孔径(NA);反之,系统的成像分辨率则取决于CCD的数值孔径。采用无透镜傅里叶变换全息记录光路,对美国空军分辨率测试板进行了实验研究,结果表明再现像在水平和垂直方向的极限分辨率分别为3.91μm和4.38μm,与理论分析相吻合。对条纹物体进行了全息图的模拟记录和再现,结果与理论分析相一致。     

太赫兹波传播过程中横模分布的成像

研究了焦点位置附近太赫兹波的横模分布,目的在于了解系统中太赫兹波的横向分布情况,为进行太赫兹光谱和成像实验提供依据。通过太赫兹波逐点扫描成像,对经常被用来放置测试样品位置附近的太赫兹波横模分布情况进行了定性的分析。利用“狭缝法"测量了太赫兹光束的束宽。结果表明,太赫兹波在焦点附近不同位置的横向分布有较大差异,在焦点处对应于最长波长1.5 mm的最小光斑直径约为1.0 mm,这说明太赫兹波的聚焦有一定的限度。实验确定了系统中放置样品的最佳位置,对开展太赫兹光谱和成像研究有参考价值。     

A Hardware Acceleration Platform for Digital Holographic Imaging

This paper presents a hardware acceleration platform for image reconstruction in digital holographic imaging. The hardware accelerator executes a computationally demanding reconstruction algorithm which transforms an interference pattern captured on a digital image sensor into visible images. Focus in this work is to maximize computational efficiency, and to minimize the external memory transfer overhead, as well as required internal buffering. The paper presents an efficient processing datapath with a fast transpose unit and an interleaved memory storage scheme. The proposed architecture results in a speedup with a factor 3 compared with the traditional column/row approach for calculating the two-dimensional FFT. Memory sharing between the computational units reduces the on-chip memory requirements with over 50%. The custom hardware accelerator, extended with a microprocessor and a memory controller, has been implemented on a custom designed FPGA platform and integrated in a holographic microscope to reconstruct images. The proposed architecture targeting a 0.13 µm CMOS standard cell library achieves real-time image reconstruction with 20 frames per second.