THz焦平面连续波透射成像系统的成像面积及对比度

研究了THz辐射和THz焦平面器件的特性,分析了THz焦平面探测器连续波透射成像系统的能量传输过程。考虑大气衰减、器件限制等影响因素以及连续激光照射、目标场景与焦平面探测器之间的信号传递关系,推导出了连续波透射成像系统的成像面积及对比度两个重要的参量模型。然后设计并组建了连续波THz透射成像系统。根据所建模型分别对信封中的环三亚甲基三硝铵(RDX)粉末和塑料盒中的金属刀片两种不同被测物体的成像面积及对比度进行了计算。结果表明:基于理论推导的两种实例其最大成像面积可达4.74cm×6.32cm和3.534cm×4.712cm,图像对比度分别为0.242 2和0.306。与美国麻省理工学院(MIT)的成像系统进行了对比,该系统的成像面积为3cm×3cm或4cm×4cm,与本文推导结果处于同一数量级,由此验证了本文提出的模型和方法的合理性和有效性。     

重大仪器专项“高分辨多功能化学成像系统”顺利通过验收

2017年6月20日至21日,国家自然科学基金委员会在京对中国科学院化学研究所承担的重大仪器研制项目“高分辨多功能化学成像系统”进行了结题验收。该系统包括超分辨光学STED成像模块、CARS成像模块、AFM成像模块、共聚焦激发的MALDI-MS成像模块、SIMS质谱成像模块等,能够在各模块单独工作的基础上,实现各模块之间的联用成像,在纳米尺度和分子水平对复杂体系界面结构进行形貌和化学组成表征。     

一种实时成像跟踪系统的研究

为了提高系统的实时性,提出了基于高速数字信号处理器TMS320VC5410DSP的图像识别跟踪系统,并给出了成像跟踪的原理图和结构框图,重点论述了波门电路的设计.整个系统由视频采集模块、图像处理模块、实时显示模块、伺服机构等模块组成.还对系统中图像预处理、图像分割、特征提取目标识别、目标跟踪等采用的算法进行了阐述,最后通过实验进行仿真并给出仿真结果图,实验结果与理论相符,表明本系统是可行和有效的.     

以数字成像来传达信息

如果没有数字化数据处理系统,例如荧光显微镜等高档显微镜的运用几乎是不可想象的。成像软件必须能够控制所有硬件组件,并互相进行调整、成像处理．此外,还需要令研究人员能方便直观地操控。本文将会对模块领域的显微成像、分析以及处理等作相关介绍。[编者按]     

基于结构光的钢轨表面缺陷高对比度成像技术

针对钢轨反光率差异导致的缺陷成像对比度差及亮度极不均匀问题，提出一种基于结构光激励和无监督学习的软硬件协同感知方法。首先设计周期线性条纹光源激励，利用结构光从硬件端增强缺陷成像的对比度。为综合高对比度的局部缺陷信息并克服全局亮度失衡，进一步设计无监督深度学习模型融合各子图，生成亮度均匀的高对比度钢轨表面缺陷成像。实验结果表明：该方法硬件系统结构简单，成本低，所设计的多图融合模型效果良好，同时具备应对局部信息缺失的鲁棒性，解决了钢轨表面反射差异导致缺陷成像对比度差的问题。     

一种实用的红外成像系统图像仿真方法

为了实现对红外成像系统静态性能计算机仿真评估,提出一种用于静态红外成像系统图像的生成方法。红外成像系统的调制传递函数（MTF）和噪声是系统图像的主要影响源,针对这一点,对系统调制传递函数和各类噪声源分别进行分析和建模,再根据红外目标和背景的辐射特性建立红外标准图像。通过模型的建立最终得到红外仿真图像,结果表明该方法具有很好的应用前景。     

CCD成像系统中模拟前端设计

CCD成像系统中模拟前端对系统信噪比起决定性作用。为了提高成像系统的信噪比,需要对模拟前端以及其PCB布局布线进行合理的设计。在深入分析模拟前端中各部分功能的基础上,针对目前模拟前端一般采用专用CCD视频信号处理器来实现的方案,建立了CCD视频信号处理器这个模拟数字混合器件芯片内部的电源及接地模型,并根据该模型对PCB布局布线进行了分析和设计。工程实践结果表明,在像素时钟为6 MHz时,系统的信噪比可以达到54 dB。     

ApoTome光学成像系统

荧光显微镜已被广泛地应用于生物样本的荧光成像。然而在观察较厚样本时,来自非焦平面的荧光信息会使荧光图像变得模糊、对比度不够、背景较亮,甚至有的时候一些很重要的结构因此被掩盖而无法被观察到。目前有很多种光学切片方法可以用来去除这种非焦平面荧光的影响,例如激光共聚焦扫描显微技术或3D去卷积技术等。本文介绍了一种可以在普通荧光显微镜上实现光学切片成像的方法,并着重介绍了ApoTome光学成像系统的构造和原理。     

高信噪比星载CCD成像电路系统

为获得高信噪比的航天遥感图像,针对CCD成像系统链路分析了影响图像信噪比的主要因素。结合CCD成像系统的响应模型,明确了系统信噪比的表达式,并摆脱了具体CCD型号的束缚,提出了一种"总-分-总"的高信噪比成像电路系统通用设计方法。描述了系统从顶层总体设计、底层各电路模块设计以及全系统联试的完整研制方法。将该方法应用于吉林一号卫星高分辨率多光谱CCD成像电路系统的设计中,并对成像系统进行了辐射定标试验,获得了高信噪比的图像数据。结果显示:在灰度为80%饱和输出时,获得的全色图像信噪比达到了53.9dB,多光谱图像的最高信噪比达到了56.3dB,且图像数据经融合后色彩真实、绚丽。本文的CCD成像电路系统设计方法能够为其他航天遥感载荷的电路系统设计提供参考。     

激光荧光光电成像系统及其应用研究

本文报导一种以SEC快门摄象管为图像传感器,CA5300图像卡为图像数据帧存贮体,微型计算机为控制中心的新型荧光光电成像系统。运用系统中独特的快门装置,做出了时间分辨成像,消除了背景荧光对成像的影响,并由微机对采集到的荧光图像进行必要的图像增强和噪声消除等处理后输出再显示,效果良好。文章最后给出系统在潜指纹荧光探测和细胞结构荧光探测两方面的应用研究及其结果。     

Digital scanned laser light-sheet fluorescence lifetime microscopy with wide-field time-gated imaging

We develop a multidimensional fluorescence imaging technique by implementing a wide-field time-gated fluorescence lifetime imaging into digital scanned laser light-sheet microscopy (FLIM-DSLM) to measure 3D fluorescence lifetime distribution in mesoscopic specimens with high resolution. This is achieved by acquiring a series of time-gated images at different relative time delays with respect of excitation pulses at different depths. The lifetime is determined for each voxel by iteratively fitting to single exponential decay. The performance of the developed system is evaluated with the measurements of a lifetime reference Rhodamine 6G solution and a subresolution fluorescent bead phantom. We also demonstrate the application performances of this system to ex vivo and in vivo imaging of Tg(kdrl:EGFP) transgenic zebrafish embryos, illustrating the lifetime differences between the GFP signal and the autofluorescence signal. The results show that FLIM-DSLM can be used for sample size up to a few millimetres and can be utilised as a powerful and robust method for biomedical research, for example as a readout of protein–protein interactions via Förster resonance energy transfer.     

Optic fibre bundle contact imaging probe employing a laser scanning confocal microscope

A small diameter (600 µm) fused optic fibre imaging bundle was used as a probe to compare fluorescent specimens by direct contact imaging using both a conventional fluorescence microscope and a laser scanning confocal microscope (LSCM) system. Green fluorescent polyester fibres placed on a green fluorescent cardboard background were used to model biological tissue. Axial displacement curves support the hypothesis that pinhole size in the LSCM system reduces the contribution of non‐focal plane light. Qualitative comparison showed that the LSCM system produced superior image quality and contrast over the conventional system. The results indicate that the new LSCM–probe combination is an improvement over conventional fluorescence–probe systems. This study shows the feasibility of employing such a small diameter probe in the investigation of biological function in difficult to access areas.     

线扫描准共焦荧光成像

为了克服目前生物芯片荧光检测方法中诸如系统结构复杂、检测速度慢、灵敏度低、成本高等缺点,提出了一种新型生物芯片荧光检测方法——线扫描准共焦荧光成像法,并搭建了初步原理性装置。用线扫描代替共聚焦中的点扫描,将二维扫描变为一维扫描,在保持高灵敏度的同时,增加了探测速度,简化了系统,降低了成本。为了验证方法的可行性,使用搭建的原理性装置对手工点样的低密度DNA生物芯片进行了荧光成像检测。实验结果显示,系统的空间分辨率18μm,在使用像素平均法降噪后,测量浓度为0.03μmol/l的探针溶液所得信噪比为5.5×102。这项技术综合了面成像检测方法的低成本、结构简单的优势和点共焦方法具有的高分辨率的优点,适合在实验室中对生物芯片进行检测研究。     

基于氮化碳制备及其生物荧光成像性能研究

荧光纳米材料及血管荧光成像技术的研究应用已引起人们的广泛关注。然而,现有的荧光材料功能化修饰复杂、合成过程耗时长且产品收率低。因此,基于氮化碳具有优异的光致发光性能、低毒性、良好的生物相容性及卓越的发光性能。设计了一种石墨相氮化碳材料,利用X射线衍射、扫描电子显微镜对其结构进行了表征,通过紫外可见漫反射光谱和荧光光谱研究了其光学性质,表明其具有良好的光学性能。通过细胞毒性评估以及共聚焦细胞荧光成像,表明其具有较低的生物毒性和较好的细胞荧光效果,显示了其在生物成像应用领域有着较大的应用潜能。     

高动态调光成像系统畸变的自校正

针对基于数字微镜器件(DMD)的高动态成像系统在光学设计过程中由二次倾斜造成的畸变,建立了一套基于区域的系统畸变自校正模型。首先,根据像素级区域调光高动态系统中光路设计的特点,分析了畸变产生的原因。考虑不同种类畸变模型产生的原因及特点,结合系统自身的优势,建立了一种基于区域的畸变校正函数模型。为了解决在校正过程中某一点存在多次赋值或者未赋值的情况,采用逆推校正的方法逆向求解畸变参数,进行畸变校正。最后,利用数字微镜器件(DMD)自身投影标定模板的方法,实现了系统畸变的自校正设计。实验结果表明:校正后的系统像元误差为0.87pixel。与传统的畸变校正模型相比,该模型可以有效解决系统中的倾斜畸变、径向畸变以及偏心畸变,且畸变校正过程不依赖外部环境,校正过程快、可靠性高,满足了DMD高动态系统像素级调光的要求。     

面向细胞显微成像的虚拟染色技术的研究

细胞显微成像是生物学研究中进行细胞表型检测、获取细胞特征信息的重要手段。传统荧光成像技术是目前主要的细胞成像手段，但是荧光成像系统结构复杂、成本较高，而且特异性染色会对细胞造成损伤。针对此问题，研究了一种虚拟染色技术，使用多模态配准算法执行严格配准明场和荧光图像数据集，改进网络架构、损失函数、后处理、硬件适应性用于训练优化，并且通过虚拟染色评价标准对染色转换偏差进行验证。该方法可以降低荧光成像对荧光成像设备的依赖，无需各种复杂的染色操作，将会减轻生物研究、病理分析、疾病诊断流程的负担。     

激光扫描共聚焦光谱成像系统

在激光扫描共聚焦显微成像技术基础上引入了光谱成像技术以便区分生物组织中的不同荧光成分。采用分光棱镜对荧光进行光谱展开,在光谱谱面处设置两个可移动缝片形成出射狭缝,两个步进电机带动安装其上的两个缝片设置系统在整个工作波长（400~700 nm）内的光谱带宽,其最小光谱带宽优于5 nm。用488 nm激光和低压汞灯实际测量了几条谱线对应的狭缝位置并和理论值做了比较,结果显示实际狭缝位置和理论值的差值均小于0.1 mm。在全光谱和50 μm出射狭缝（对应2.5 nm光谱带宽）对老鼠肾脏组织进行了共聚焦光谱成像实验,获得了老鼠肾脏组织中DAPI标定的细胞核图像和Alexa Fluor^®488标定的肾脏小球曲管图像,实现了对老鼠肾脏组织不同成分的区分。实验结果表明：提出的系统能够进行共聚焦光谱成像,扩大了共聚焦显微镜的适用范围。     

面向微纳材料的激光扫描二维成像系统

在对微纳材料光学特性表征中,需要获得分辨率更高的波长和强度的荧光图像。普通的显微镜无法满足测试的要求,因此将普通的成像显微镜、光谱仪以及纳米移动台组成激光扫描显微镜成像系统,并利用LabVIEW开发了一套完整的集二维扫描采集与信号图像处理一体的系统上位机软件。扫描采集过程使用了低通滤波等数字信号处理方法消除光谱仪信号噪声的影响。利用本系统测量硒化镉纳米带、单层二硫化钼得到了荧光强度图像以及荧光峰值波长图像,能分辨出最小波长为0.03 nm的荧光。将采集长度与实际长度进行比较并分析荧光强度差异,取得了较好的效果。     

基于距离选通的非视域成像技术实验

介绍了采用距离选通技术进行非视域成像探测的原理,基于窄脉冲激光器和选通型成像器件搭建了非视域主动成像实验系统。以玻璃作为中介反射面,以黑白条纹靶板作为目标,对目标和周围环境处于不同光照情形时,系统的非视域成像效果进行测试。结果表明,基于距离选通的非视域成像技术是一种能够在不同光照条件下实现对视觉盲区进行有效观察的成像技术。