邻面入射体光栅点扩散函数的理论推导

根据体全息原理,定义以点源经体光栅衍射后的衍射光强度的分布|Ed(y',z';xp,yp,zp)|2 2作为体全息光栅透镜成像系统的强度点扩散函数,用来评价成像系统的分辨率.对成像系统当探测点光源沿x、y、z轴方向偏移.通过计算推导得到的衍射光强度的点扩散函数.     

超半球环形成像系统的图像恢复

在实现全景成像的光学系统中,采用圆柱面到平面投影的环形成像系统相比采用中心投影法的传统透镜系统具有边缘视场畸变小、便于图像恢复展开等优点.通过考察环形成像系统所成环形图像与矩形图像之间的映射关系,研究像面上子午弧矢方向最小分辨角的变化规律,得出了超半球环形成像系统在90°视场角处子午弧矢方向CCD采样角分辨率相同的结论,由此可把该视场角对应的圆环像作为基准来确定展开矩形图的宽度和高度.实际的图像恢复过程分为2步：首先将环形图像恢复成三维像空间中的圆柱面,然后把圆柱面展开得到恢复后的矩形全景图.图像恢复中最关键的90°视场角所对应的圆环像位置和环形图像中心点的确定可以用定标实验的方法实现,在图像恢复过程中采用三次样条插值法,得到了较好的恢复效果.     

波形分集MIMO成像声呐技术研究

为使成像声呐方位分辨率在工作频率和基阵孔径确定的情况下进一步提高,文中将MIMO雷达通信技术引入声呐成像领域,通过发射正交波形,使等效接收孔径大于实际接收孔径,从而提高方位分辨率和抗混响能力.通过计算机仿真和构建2发18收的MIMO成像声呐水池试验系统,利用MIMO声呐近场聚焦宽带波束形成成像算法,基于2种正交波形验证了MIMO成像声呐能够使目标的-3 dB波束宽度减小一半,提高方位分辨率,且使目标成像强度增加约6 dB,提高了抗混响能力.     

液晶器件作为全息记录介质的参数研究

利用空间光调制器液晶器件（LCD）代替全息干板实时再现全息图像.LCD的相对低分辨率对全息再现像质产生一定影响.以菲涅尔全息为例，分析了LCD空间分辨率和全息条纹频率之间的关系.为保证衍射再现像分离、充分利用LCD带宽和提高系统分辨率，讨论了计算全息对参考光角度、物体尺寸和物体计算距离的要求，得到了参数的合理取值范围，并比较了在不同参数下的实际再现结果，验证了理论分析的正确性.     

数字全息显微术应用于微器件的测量研究

利用数字全息显微测量的方法进行微器件测量,以实现微小形变或者微小位移的测量,继而进行反馈调节,实现实时监测.在学习数字全息的基本理论的基础上,建立无预放大数字全息显微测量系统,对MEMS微器件进行测量.基于菲涅耳近似的再现算法编写了数字全息再现的程序,用频谱滤波的方法对全息图中对图像质量有严重影响的零级项、孪生像进行了有效的抑制,从而使成像质量得到提高,最终获得了其再现三维轮廓,刻槽深度为160nm,栅距为430μm.     

微型光谱仪平场全息凹面光栅的优化设计

研究了应用于微型光谱仪的平场全息凹面光栅的设计方法,提出了全局优化和反向优化的设计思想.利用全局优化算法求解了用于设计平场全息凹面光栅的非线性方程组,可以通过调整某些像差项的优化权重,快速有效地完成设计;同时利用反向优化算法对设计的中间结果进行工作位置的微量调节,进一步提高了光栅的光学性能,并阐述了平场全息凹面光栅可以具有多工作位置的原因.以遗传算法为例实现了上述优化思想,并基于TCD1304AP线阵CCD探测器,设计了适用于工作波长为380~780 nm的微型光谱仪系统的平场全息凹面光栅.实际系统经测试得到了良好的成像效果,光谱分辨率可达0.8 nm（50 μm狭缝）     

用同轴菲涅尔全息检测细胞的研究

通过对菲涅尔基元全息图的分析,阐述了全息放大的基本原理和实现全息放大的3种方法,讨论了同轴菲涅尔全息下全息再现像相位的特点,提出了重构细胞相位的算法.设计了用同轴菲涅尔全息观察、检测细胞的系统,并以新鲜洋葱表皮细胞为样本,完成了实验检测和相位重构,得到了细胞的全息放大再现像,计算了细胞的相位.分析表明理论上系统的分辨率约16μm.     

集成成像技术的像质评价分析

为了研究集成成像非共轭面的成像质量,根据光线追迹原理分析透镜阵列的成像过程,指出三维成像原理并给出不同离焦量下的轴截面成像分辨率;从波动光学角度分析包含离焦波像差的透镜阵列光学传递(OTF),得到集成成像系统的非共轭面调制传递函数(MTF)并指出与单透镜共轭面成像的联系.根据非共轭面分辨率给出符合视觉要求的显示深度计算方法.采用投影仪与菲涅尔透镜搭建显示面积为100×750 mm2的集成成像显示系统,实验结果表明,集成成像轴截面成像分辨率在离焦量增大的情况下迅速下降,非共轭面像质是制约集成成像显示效果的重要因素之一.     

飞秒激光双光子荧光显微系统的构建与应用

为进行双光子荧光显微成像研究,搭建了一套飞秒激光光源双光子荧光显微成像系统.对超短脉冲锁模激光器的成像优势、双光子激励饱和功率及系统分辨率进行了理论推导,利用飞秒激光器、显微镜、数据采集设备与控制装置及扫描控制软件搭建了显微成像系统,并对Rhodamine B样品进行双光子荧光显微成像实验.结果表明:相同条件下,超短脉冲锁模激光器的双光子荧光产率为连续光输出激光器的105倍;采用UPLSAPO60XO型物镜时,双光子激励饱和功率为50 m W,理论横向和轴向分辨率为303 nm与727 nm;该系统具有显微成像能力,且实际横向分辨率小于3μm.     

高分辨率数字全息相衬成像技术

采用傅里叶频谱对数方法进行自动聚焦,建立一套显微数字全息记录光路.提出综合利用自动相位补偿程序和手动调节记录参量的方法,对强噪声干扰的全息图进行数值重建,得到美国空军分辨率测试板准确的相位像,实现横向大于2.38μm、轴向不超过10 nm的成像分辨率.实验结果表明,在强噪声情况下,利用自动相位补偿方法只能得到粗略的记录参量;要获得准确的相位信息,必须手动精调.记录高质量数字全息图是数字全息技术的关键.     

一种利用非正弦信号的水下声成像方法

针对多波束成像声呐在基阵设计时需要考虑避免出现栅瓣的问题,提出了一种利用非正弦信号进行水下声成像的方法.该方法首先对基阵接收信号进行相关处理,然后提取相关信号的包络进行波束形成来成像.以矩形包络为例,研究结果表明,该方法形成的波束不会出现栅瓣,避免了选取阵元间距时必须小于或等于载波半波长的限制,与传统利用正弦载波的成像方法相比,可以有效地提高成像分辨率,且无旁瓣.利用所提方法分别对点目标和体目标的成像进行了计算机仿真实验,得到了很好的成像效果.     

CARS显微成像系统的空间分辨率标定

空间分辨率是衡量相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-stokes Raman scattering,CARS)显微成像系统性能的一个重要指标.选择直径为110 nm的聚苯乙烯微球进行三维成像,根据各个点的位置数据与光谱数据形成的二维数组分别重构了系统x-y平面和x-z平面的点扩展函数,准确测试了自行搭建的CARS显微成像系统的横向空间分辨率约为484 nm,轴向空间分辨率约为3.17μm.     

透射式数字全息显微镜

正数字全息显微镜是将光学全息技术、数字图像处理和显微成像相结合的测量方案。设计了基于透射全息干涉原理的光学系统,研制了透射式数字全息显微测试系统样机。整个系统包括光学系统、光机系统和软件系统,主要解决了数字全息显微技术误差抑制技术、再     

超宽带测距、成像分辨率的Cramer-Rao下界

用参数估计方法进行了超宽带测距、成像分辨率的研究.介绍了DS-UWB的系统结构和特征,提出了应用该系统进行测距、成像.给出了Cramer-Rao不等式和Fisher信息在参数估计理论中的评价算法.推导出了超宽带测距、成像分辨率的Cramer-Rao下界公式.仿真结果表明,减小脉冲宽度、增大相关器接收前端的信噪比可以提高超宽带测距、成像的分辨率,同时,在理论上证明了窄脉冲具有高分辨率的原因.     

三维物体的计算全息的快速算法

提出了一种新的三维物体全息图的快速算法,根据点光源在全息面上的复振幅是中心对称的特性,加速得到阵列采样的全息数据,还快速得到了不同深度的主全息数据.该算法通过主深度主全息数据按比例缩放得到其他深度主全息数据,在同一深度上点全息数据由同深度主全息数据平移得到.分析和实验结果表明,改进后的算法能够减少计算量,提高计算速度,得到深度主全息数据的速度提高了5倍左右.     

体全息存储系统中的相关识别

本文通过图像处理方法实现了体全息相关峰的定位与识别。对输入图像采用预处理及区域相关算法,具有简化系统的机械结构、有利于小型化设计及相关峰具有较高稳定性等特点。其实验结果表明该方法具有较高的识别精度,可达到满意的实验效果。     

宽场光学相干断层成像系统横向分辨率的实验研究

宽场光学相干断层成像技术（WFOCT）是一种非侵入式、高分辨率层析成像技术。为了研究WFOCT的关键技术并使WFOCT系统具有较高的横向分辨率,从宽场光学相干断层成像系统的基本原理出发,研究探讨了WFOCT技术中系统的横向分辨率问题,分析了影响该系统横向分辨率的主要因素,对WFOCT系统成像通用的实验方法进行了进一步的研究。通过实验调试和状态分析,给出了获得较为清晰、横向分辨率较高的样品图像的系统成像状态。实验证明,系统的横向分辨率受系统的成像状态和振动因素影响很大。     

透射式数字全息显微镜

正数字全息显微镜是将光学全息技术、数字图像处理和显微成像相结合的测量方案。设计了基于透射全息干涉原理的光学系统,研制了透射式数字全息显微测试系统样机。整个系统包括光学系统、光机系统和软件系统,主要解决了数字全息显微技术误差抑制技术、再现距离和再现参考波矢量的调整、数字全息显微技术的标定技术及相位快速重建等关键技     

基于皮秒扫描相机的激光雷达成像系统研究

讨论一种新型激光雷达成像方法,建立以皮秒条纹管相机为接收器的激光雷达成像系统.该系统采用皮秒钇铝石榴石(yttrium aluminium garnet,YAG)激光器作为激光源,通过可调延时器和标准具对条纹管相机的扫描速度和非线性进行标定.结果表明,该系统中皮秒条纹管相机的时间分辨率优于2 ps,非线性小于2%,具有时间分辨率高、测量时间短和光谱测量范围宽等特点.用该系统对不同距离两物体进行成像实验,理论计算出两物体的距离差与实际距离差较接近,从而验证了采用该系统进行激光雷达成像的可行性.为基于皮秒扫描相机的激光雷达成像系统的建立提供了理论与实验依据.     

数字全息关键技术研究

数字全息术开辟了全息术的新纪元,但实现数字全息术需解决许多关键技术。本文以CCD和EALCD为数字全息基本器件,从理论上和实验上研究实现数字全息的关键技术,即如何使光学系统满足时间相干度、空间相干度、空间带宽积、光束偏振度、条纹对比度、分辨率条件和物距条件,以达到高精度全息测试;并基于这些条件,设计了数字全息测试系统;应用该系统,实现了高清晰度数字全息再现。基于数字全息信息的数值特点,利用计算机技术,采用了Laplacian算子滤波,提高了干涉条纹的对比度,从而为提高测试精度提供了高对比度的干涉图。