视标引导的自适应光学眼底成像视场精确定位

自适应光学眼底相机,由于较高的成像分辨率和人眼等晕角的存在,单次成像的视场被限制在1左右。必须实现单个视场的精确定位和多个视场的图像拼接,才能得到完整的眼底图像。为了精确定位,文中分析视标引导成像视场的原理,设计了新型的视标引导系统。平行光照明视标,并通过透镜聚焦于人眼瞳孔中心,这样能够精确测量眼底成像视场的位置。基于此搭建的自适应光学系统可在22.6的眼底范围内成像,精度达到0.003。这套系统成功实现了单个细胞的追踪和眼底血管的大视场拼接,这将有益于液晶自适应光学系统在临床眼科的应用和推广。     

提高眼底自适应光学成像系统的普适性设计

自适应光学技术被广泛应用于人眼像差的校正，从而实现眼底细胞和微血管进行高分辨率成像。传统自适应光学系统受夏克哈特曼波前探测器的动态范围限制，只对部分人群适用，无法对高屈光不正人群进行眼底高分辨率成像。为了提高眼底自适应光学成像系统普适性，本文设计了一种基于音圈变形镜高分辨率眼底自适应光学成像系统：引入Badal调焦系统，能够对人眼屈光度在-8～8 D的眼底进行高分辨率成像；用轴锥透镜组代替传统的环形光阑，控制正、负轴锥透镜间距可以调节环形光内径，以适应不同人眼的角膜，同时避免角膜反射的杂光；通过视标引导实现大视场成像。仿真结果表明，照明子系统在眼底视网膜照度分布均匀；在设定的公差范围内，至少有90%的MTF值在25 lp/mm达到0.21（对应视网膜上4μm）。在实验室搭建了相应的光路，对大畸变的模拟人眼进行了成像，获得了较好的成像效果。     

压电微纳定位平台自适应陷波滤波在线谐振抑制

压电驱动柔性微纳米定位平台通常呈现低阻尼谐振模态,高速运动时易激发机械谐振,从而严重影响控制系统稳定性、控制带宽和轨迹跟踪精度。为消除当前谐振控制器对平台动力学建模精度的依赖性,该文设计了一种自适应陷波滤波器来实现压电微纳定位平台的在线实时抑制谐振。首先,搭建了压电驱动柔性微纳定位平台系统并建立其机电耦合动力学模型;其次,利用快速傅里叶变换方法在线分析了闭环系统误差信号,设计平台频率特性提取算法,实现了对陷波滤波器参数的在线自适应整定;最后,利用所设计的自适应陷波滤波器对阶跃信号和三角波信号进行轨迹跟踪实验。实验结果表明,自适应陷波滤波器可以很好地实现谐振的在线抑制,能够有效提升平台的稳定性和轨迹跟踪精度。     

基于PLC的磁共振成像床体电机的自适应控制

针对磁共振成像系统的床体难以获得精确的数学模型,以及对运行稳定性、快速性、精确性的要求,介绍了一种基于可编程逻辑控制器(PLC)的参考模型自适应(MRAC)控制方法,完成对磁共振成像系统床体垂直方向电机的控制任务。由于传统PID控制参数整定困难,难以获得良好的控制质量,该设计采用模型参考自适应控制算法,实时地调整自适应率,使被控对象动态输出跟踪参考模型的输出,以达到良好的控制效果。PLC(三菱FX-1N-60)执行模型参考自适应控制算法,完成对磁共振成像系统床体垂直方向变频电机(东方马达FE200)的控制,以实现垂直方向快速的精确定位。该控制方案控制参数整定简单,经实验反复验证能较快地达到精确定位的效果。     

基于DSP的电脑刺绣机主轴电机伺服控制系统

介绍了一种为实现最大刺绣效率所采用的,基于单神经元自适应控制的电脑刺绣机主轴交流伺服驱动系统.主轴电机采用交流异步电机,设计了单神经元直接模型参考自适应下的,空间矢量控制方式速度控制策略,并通过DSP实现.仿真和实际验证表明,所设计的控制策略及交流伺服驱动系统能够使刺绣机主轴电机跟踪随机速度、位置控制信号,可在较大的范围内实现无级平滑调速,满足了高效刺绣的工艺要求,是一种新型的性价比高的电脑刺绣机的主轴控制系统.     

基于FPGA步进电机驱动控制系统的设计

通过对步进电机的驱动控制原理的分析,利用Verilog语言进行层次化设计,最后实现了基于FPGA步进电机的驱动控制系统.该系统可以实现步进电机按既定角度和方向转动及定位控制等功能.仿真和综合的结果表明,该系统不但可以达到对步进电机的驱动控制,同时也优化了传统的系统结构,提高了系统的抗干扰能力和稳定性,可用于工业自动化、...     

微纳操纵成像系统自适应模糊PI控制器设计

在传统PI控制微纳操纵成像系统的基础上实现参数实时在线调整。为了获得更好的控制效果,进行了自适应模糊PI控制的微纳操纵成像系统仿真研究。运用探针与样品之间原子力保持不变的原理对微纳操纵成像系统动态过程进行建模,加入模糊PI控制模块,建立了一套完整的系统仿真平台。设计了一种自适应模糊PI控制器,该控制器通过对电压值的误差和误差变化的判断进行模糊化推理,实现对控制参数的实时在线整定,以达到优化控制的目的;同时,利用Matlab进行仿真研究。结果表明,自适应模糊PI控制算法比传统PI控制算法能有效地改善系统的动态性能和稳态性能。     

激光照排机场扫描控制的研究与实现

在激光照排机中,成像激光光点的坐标是由水平方向的行扫描和垂直方向的场扫描的同步运动决定的.为了提高成像激光光点的位置精度,从而提高成像质量,通过对激光照排机电机控制系统的研究,基于可在线调整参数的模糊自适应PD控制算法,运用PWM、光栅编码器及锁相环技术,设计了一套激光照排机的场扫描电机控制系统.通过自检方格的测试证明,该系统提高了激光照排机行、场扫描电机的同步控制精度,从而提高了激光照排机的成像质量.     

简化电动机运动的光电定位控制电路

用来实现定位控制的光电技术可提供一种用固定标志点结合线性或旋转运动部件来实现简单可重复运动的方法,这种方法既花钱不多,又便于设计.图1所示的简单而又基本的设计能实现顺序位置控制,它利用了与一对光电管并联工作的一个功率运放的快速响应时间.由此实现的一种元件数量很少的系统,能在明确规定的工作环境下,具有很高的可靠性、准确性以及可重复性.图1所示电路使用一个功率运放将一对光电管的差分输出组合起来,驱动电动机向适当的方向转动,直至两个光电管电流相等,由此实现顺序位置控制.     

基于MEMS工艺的压电驱动的可变形反射微镜

可变形反射镜作为自适应光学系统的核心部件,通过与微电子机械系统(MEMS)技术的结合向微型化、集成化的方向发展.基于压电材料的逆压电效应,设计并制备了一种压电驱动的可变形反射微镜,可通过电信号的控制实现微镜的驱动控制.设计的可变形反射微镜由硅镜片、锆钛酸铅(PZT)驱动器和玻璃基板三部分结构组成.利用有限元仿真软件对硅...     

自适应光学相干层析在视网膜高分辨成像中的应用

视网膜光学相干层析（OCT）技术利用外部低相干光源照射人眼眼底,并将人眼眼底散射信号进行干涉成像,获得人眼视网膜的断层图像信息,以实现人眼视网膜无创、实时、在体的光学活检。传统光学相干层析在视网膜成像时的轴向分辨率可达3 μm以上,但由于人眼个体差异和不可避免的像差限制了视网膜OCT的横向分辨率,只能达到约15~20 μm。而自适应光学作为一项波前校正的先进技术,可以校正OCT色差以及人眼有限视场和眼球运动导致的像差,将OCT横向分辨率提高到低于2 μm,以实现视网膜细胞及微细血管近衍射极限成像,及时发现患者眼底存在的早期病变。在介绍自适应光学和视网膜光学相干层析的技术特点基础上,对自适应光学在视网膜光学相干层析成像应用的国内外发展现状进行了论述,总结了自适应光学OCT视网膜高分辨成像在宽带光源色差校正、眼球运动伪影减少、自适应光学视场扩大和波前传感与校正系统简化的关键技术和未来发展趋势,以实现大视场、高效率、高灵敏度、高分辨率的高速人眼视网膜成像,为未来自适应光学OCT视网膜成像技术的研究和应用提供参考和借鉴。     

基于多GPU的液晶自适应光学波前处理器

为了满足4 m天文望远镜液晶自适应光学系统的波前处理要求,研究了基于多GPU的波前处理器。介绍了液晶自适应光学波前处理方法。分析了用于匹配4 m望远镜的哈特曼探测器数目、Zernike模式数和液晶校正器驱动单元数。详细论述了多GPU下波前处理方法,包括:单GPU下计算斜率;按列分块法拟合Zernike系数;Zernike对称性算法和按行分块法计算液晶校正器灰度图。最后,分析了匹配4 m望远镜的液晶自适应光学系统的残余误差传递函数,并由此模拟了残余误差传递函数的幅频响应。实验结果表明,斜率计算延迟18 μs,Zernike系数拟合延迟39 μs,校正器灰度图计算延迟114 μs。多GPU下总的波前处理延迟171 μs,小于哈特曼探测器采样时间500 μs,液晶自适应光学系统-3 dB残余误差抑制带宽可达53 Hz。满足4 m天文望远镜的应用要求。     

Theoretical and experimental studies of a spot-size transformerwith integrated waveguide for polarization insensitive opticalamplifiers

The simple fabrication technology of an active waveguide for polarization insensitive optical amplifiers, integrated with tapers and a passive waveguide for fiber coupling, is presented. The spot size transformation along the taper, yielding a mode expansion factor of more than 9 in horizontal direction and about 2 in vertical direction, is experimentally verified and the results are compared to theoretical computations. Using a cleaved single mode fiber, the coupling loss is as low as 2.6 dB with -1-dB positional tolerances of 2.2 μm and 1.5 μm in vertical and horizontal directions. Besides relaxing on fiber coupling, the large spot size transformation in horizontal direction allows for a drastic reduction of the reflection coefficient to less than 10^-3 at a facet tilted by 4° with respect to the waveguide axis     

Tracking the optic nervehead in OCT video using dual eigenspaces and an adaptive vascular distribution model

Optical coherence tomography (OCT) is a new ophthalmic imaging modality generating cross sectional views of the retina. OCT systems are essentially Michelson interferometers that form images in 1.5 s by directing a superluminescent diode (SLD) beam over the retinal surface. Involuntary eye motions frequently cause incorrect locations to be imaged. This motion may leave no obvious artifacts in the scan data and can easily go undetected. For glaucoma monitoring especially, knowing the measurement path, typically a circle concentric with the nerve head, is crucial. The commercially available OCT system displays a near-infrared video of the retina showing the SLD beam. This paper presents a prototype system to detect the nerve head and SLD beam in the video, and report the true scan path relative to the nerve head. Low image contrast and limited resolution make the reliable detection of retinal features difficult. In an adaptive model construction phase, the system directly detects retinal vasculature and the nerve head and incrementally builds a model of the current subject's vascular pattern relative to the optic disk. The nerve head identification is multitiered, using a novel dual eigenspace technique and a geometric comparison of detected vessel positions and nerve head hypotheses. In its operational phase, a correspondence is achieved between the currently detected vasculature and the model. Using subjects not included in training, the system located the optic nerve head to within 5 pixels (0.07 optic disk diameters, an error well below clinical significance) in 99.75% of 2800 video fields. In current clinical practice, motions as large as 1-2 disc diameters may go undetected, so this is a vast improvement.     

自适应光学技术在大气光通信系统中的应用进展

大气光通信中大气湍流引起的相位噪声和光强起伏噪声会严重影响通信系统的通信质量,自适应光学补偿可在一定程度上解决问题.常规自适应光学技术对于解决上行链路、下行链路中的湍流扰动问题得到了理论和实验验证.强闪烁现象的存在使得常规自适应光学技术在水平链路中的应用受限,不使用波前传感器的自适应光学技术则为这一问题的解决提供了可能方案.随机并行梯度下降算法是该类自适应光学技术中一种较有应用前途的控制算法.     

A narrow beam 1.3-μm-super luminescent diode integrated with aspot-size converter and a new type rear absorbing region

The device structure and performance of 1.3-μm narrow beam superluminescent diodes (NB-SLD's), which consist of a spot-size converter and a new type rear absorbing region, are reported. A butt-jointed selectively grown spot-size converter (SSC) is employed to realize the narrow beam characteristics. The rear absorbing region is designed as a taper structure with a part of the region is inclined from the active-stripe axes. In order to investigate the effects of both SSC length and active-region length on device performance, two types of NB-SLDs, whose SSC and active-region lengths differ, are fabricated. An electrode to sweep out photoexcited carriers in the absorption region is formed on one device. By comparing the characteristics of these devices, we clarify that a 500-μm-active-region device is suitable for high-output power operation, and a 400-μm-active-region device is suitable for realizing short coherent length. The light-output power is 13.9 mW at 200-mA-injection current for the former device, and the full-width at half-maximum (FWHM) of the spectrum is 62.6 nm (calculated coherence length is 26.5 μm) for the latter device. Very small spectral modulation index (0.015 at 5 mW-output power) is attained by grounding the absorption-region electrode. For the SSC length, a 300-μm SSC device shows very narrow far-field patterns (FFPs) and very good fiber-coupling characteristics. The FWHM of horizontal and vertical FFPs are 8.9 and 10.6°, respectively. Because of this narrow beam divergence, the coupling efficiency of -1.9 dB to a flat-end 4-μm spot-size fiber is obtained without lenses. The alignment tolerance of this device to the fiber for both horizontal and vertical direction is more than 3 μm at a loss of when -1 dB from the optimum coupling     

开环双波段人眼视网膜成像液晶自适应光学系统设计

设计了一套基于开环双波段模式的人眼视网膜成像液晶自适应光学系统。该光学系统分别采用夏克-哈特曼波前传感器和液晶空间光调制器来探测和校正波前畸变。探测波段采用830nm近红外光,成像波段采用790nm近红外光。采用开环模式以提高光能利用率和系统的稳定性,采用双波段模式以增大视场。新加入了瞳孔监控子系统和响应矩阵测量子系统,使系统更加灵活方便。介绍了系统的关键参数,并通过ZEMAX软件对光学系统进行模拟分析,认为系统可以达到接近衍射极限的效果。传递函数MTF@50lp/mm达到0.25(对应视网膜上3μm),满足设计要求。     

A small pixel CMD image sensor

A charge modulation device (CMD) imager with pixel dimensions of 7.3 μm(H)×7.6 μm(V) was designed, fabricated, and examined. These pixel dimensions are suitable for an HDTV imager with a 1-in image format. The optical aperture ratio is 34%. The effective number of pixels in the imager is 660 horizontal and 492 vertical. The saturation signal current is 17 μA/pixel at an exposure of 1 lx-s with good linearity of photoconversion characteristics. The peak of its spectral response occurs at a wavelength of 575 nm. The blooming suppression ratio of the CMD was measured to be -122 dB. The sensor produces a high-quality image with no degradation in spatial resolution and no image lag. These features show that the CMD imager is eminently suitable for a further high-resolution imager sensor     

基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量

提出了一种基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量方法。正交柱面成像相机由一个正交柱面成像光学系统和两个正交放置的线阵CCD组成,它们分别被用来检测被测点的水平角和垂直角。一个相机决定了两个角度,两个相机交汇,即可实现被测点的三维坐标测量。所提出的方法在精密坐标测量特别是动态位置跟踪方面具有突出的优势。一个灵活的内参标定方法被用来标定正交柱面成像相机,内参标定后相机在水平方向和垂直方向角度测量误差的均值分别为1.85和2.16。另外,双相机的外参标定也被介绍,外参标定后系统的坐标测量精度优于0.52 mm。实验结果表明:所提出的三维坐标测量方法有效,具有良好的测量精度。