数据挖掘的复杂光学曲面加工路径规划研究

为解决复杂光学曲面加工困难的问题,提出基于数据挖掘的复杂光学曲面加工路径规划方法。将复杂光学曲面点云数据投影至平面上,获取二维点集;通过拟合复杂光学曲面点云数据,重建复杂光学曲面的不间断描述模型;基于此模型将二维加工路径数据映射至三维空间,选取等截面法规划复杂光学曲面加工过程中路径,通过参数补偿计算触点经法向偏置,获取刀位点路径规划结果。实验结果显示,x、y和z方向上的路径偏差均控制在0.035 mm内,z方向的路径偏差在0.01 mm左右,以上数据充分说明本方法能够准确规划复杂光学曲面加工路径。     

基于二氧化钒的动态可调谐的红外线超宽带吸收器

设计了一种基于二氧化钒的动态可调谐的红外线超宽带吸收器。数值模拟表明：对于横磁(TM)波,当入射角由0°增加到60°时,在17～55μm波长范围内,吸收器的吸收率可以保持在90%左右;对于横电(TE)波,当入射角由0°增加到55°时,在10～55μm波长范围内,依然可以实现90%左右的高效吸收;当TM波或TE波垂直入射时,在16～60μm波段,吸收率大于90%,吸收带宽可以达到54μm。当二氧化钒的电导率从20 S/m逐渐变化到2×10⁵ S/m时,超宽带吸收器可转换为多峰吸收器。与之前报道过的基于二氧化钒的吸收器相比,所设计的吸收器的带宽和可调性得到了显著改善。该吸收器有望在偏振探测器、热辐射器、红外传感器等领域中得到应用。     

一种椎弓根螺钉内固定术中非同源低重叠率点云的配准方法

在手术导航系统辅助的椎弓根螺钉内固定术中,术前与术中点云配准精度是影响导航定位效果的重要因素。由于术前与术中点云的获取方式不同,且术中暴露位置受限,两种非同源三维点云存在初始位姿差异大、重叠率低的问题,现有的配准算法在术前术中点云配准时容易失效且精度不高。为此,本文提出了一种椎弓根螺钉内固定术中非同源低重叠率点云的配准方法。首先,对术中点云进行降采样,对术前点云进行基于最远点采样的局部区域划分,选取其中的最优局部区域,与术中点云进行采样一致性初始配准;之后,采用迭代最近点算法进行进一步优化,实现点云的准确对齐。在本文所用数据集上,所提算法在术前术中点云配准实验中的平均旋转误差为0.406°,平移误差为0.474 mm,实现了初始位姿差异大、重叠率低的非同源术前术中点云的高精度配准,与现有算法相比,配准成功率从66.67%提高至100%。     

太极计划星间激光通信参数设计及实验验证

在太极计划中,三颗卫星将构成边长为300万km的三角形星座。为完成卫星间的信息交互,需要在星间干涉链路中加入激光通信。笔者从太极计划星间通信的需求出发,基于目前的相位计系统,提出了太极计划星间激光通信方案及系统参数的设计。为验证所设计参数的合理性以及通信系统的性能,基于自研板卡,搭建了电子学模拟系统及光学验证系统。在发送端将通信码与伪随机码以直接序列扩频的方式调制至激光相位,通过激光链路将信息发送至接收端,并采用锁相环及延迟环对其进行解析,完成通信功能。测试结果表明,所设计的通信系统参数较为合理,能够与相位计系统有效融合,在通信速率为19.5 kb/s的条件下,通信系统的误码率优于10^-6,可为太极计划的相关参数设计提供参考。     

OCT无创血糖检测图像处理最优化方法研究

为了解决不同的光学相干层析(OCT)图像预处理方式对皮肤真皮层散射系数计算影响的问题,提高无创血糖的测量精确度,提出了一种对OCT图像数据前期处理的最优化方法。在对采集的3维图像数据进行皮肤表面对齐、3维重建、1维平均处理的基础上,分析了背景噪声和数据是否归一化对血糖预测精度的影响,并结合临床实验进行了验证。结果表明,预测误差较预处理之前减小了18.31%。该研究对于提高基于OCT技术的光学无创血糖测量精度具有重要的参考价值。     

纤维结构对静电纺丝辐射制冷材料可见光-红外光学性能的影响

采用静电纺丝法制备一种具有日间辐射制冷功能的PEO纤维膜。系统地探究了PEO浓度、直流电压、针头尺寸等工艺参数对PEO纤维直径和孔隙结构的影响,并对其可见光、红外光学性能进行了表征。结果表明：通过对PEO浓度、直流电压、针头尺寸等静电纺丝工艺参数进行系统优化,可将PEO纳米纤维的内部结构尺寸控制在390～920 nm范围内。PEO纳米纤维的可见光-近红外反射率对其结构参数变化较为敏感,在相同纤维膜厚度的情况下,纤维的平均直径可由920 nm减小到390 nm,孔隙率随之增大,可见光-近红外反射率可提高近5%。而纤维结构对热红外发射率的影响不明显,其主要影响因素为纤维厚度,将纤维厚度从12μm增加到25μm,大气窗口波段(8～13μm)的发射率增加了40%。基于纤维结构对不同波长辐射的选择性传输特性,研制了一种具有双层结构的柔性静电纺丝纤维材料,实现了对太阳光高反射、对热红外光高发射的特殊光学效应,达到了较好的辐射制冷效果。     

蚕丝光学器件的研究进展

蚕丝具有优异的光学特性,在光学器件领域具有广阔的应用前景。介绍了蚕丝光波导、蚕丝光学传感器和蚕丝光学微结构3种蚕丝光学器件的研究进展。其中蚕丝光波导和蚕丝微结构重点介绍了制备方法和性能研究进展,蚕丝光学传感器重点介绍了其在生物医学、环境监测和工业检测等传感领域的应用进展。3种蚕丝光学器件的研究都展示了该方向的理论研究价值和实际应用价值。未来的研究应该继续深入研究蚕丝的光学性能,以及蚕丝光学器件的制备方法和性能优化,实现蚕丝在光学器件领域的更广泛的应用。     

基于LED照明的时域全场OCT成像系统设计

为了进一步降低成本并提高成像的速度与精度,提出了一种基于发光二极管(LED)照明的全场时域光学相干层析成像技术(OCT)系统。用LED作光源、采用带反馈的闭环四步移相法采集信号,阐述了其成像原理,并进行了系统结构研究、理论分析和实验验证。结果表明,系统的相干长度为23μm,轴向分辨率达到了11.8μm,横向分辨率为19.8μm,单幅图的采集时间为2.15 ms;与以往的OCT扫描方式相比,该方法减小了实现成本,并具有更快的扫描速率以及更高的精度,有着很大的使用价值。该研究为开发超高速、高精度的低成本OCT系统提供了参考。     

无限远像距中波显微光学系统设计北大核心CSCD

随着红外技术的发展,高性能红外显微系统在热物理化学、微生物及MEMS优化设计等科技领域起到了非常重要的作用,本文讨论了一种无限远像距显微系统的结构形式及设计方法,针对阵列规模320×256,像元尺寸30μm相对孔径为2的中波制冷型红外探测器,设计了一款无限远像距中波显微光学系统,放大倍率为3×,工作距离35 mm,数值孔径(NA)0.75,适合于高帧频下红外显微探测的需求以及类似显微物镜产品的系列化。     

基于Zemax仿真的红外光场成像技术

光场成像作为计算摄影学的研究方向之一,可以通过单次拍摄得到目标的四维全光信息,包括空间两维以及角度两维信息,由此可以通过多视角立体匹配原理实现三维成像。目前光场成像集中应用于可见光领域,用于其他光学成像波段的情况较为少见。本文提出基于Zemax仿真的红外光场成像技术,将光场成像系统与长波红外成像系统相结合,从光场成像原理以及长波红外成像特性出发,对长波红外光场成像系统结构设计进行了深入研究,同时为了提升三维成像的效果,分析了红外光场成像系统光学参数对深度分辨率的影响,得出深度分辨率主要由微透镜成像关系、微透镜工作F数、主透镜焦距、物距以及探测器像素尺寸确定。针对长波红外探测器像素数较少的情况选择了聚焦型光场成像系统,根据设计结果,使用Zemax仿真验证了长波红外系统与光场成像系统相结合的可行性以及理论设计的正确性。