利用异形像元探测器提高空间分辨率

为了解决光电系统成像中探测器分辨率低的问题,针对造成探测器分辨率低的两大主要因素-采样率不足及感光区域的低通滤波效应,提出一种基于异形像元探测器的超分辨成像方法.综合现有的超分辨重建技术和减少像元尺寸方法的优缺点,将现有的探测器矩形像元逐一"变形",去除同一位置1/4象限;利用该异形像元探测器阵列获取一序列相互错位1/2像元的欠采样图像;最后利用图像算法计算出这些图像的灰度矩阵信息,重建最终的高分辨图像.该方法可同时提高探测器的采样频率和截止频率,拓展带宽,从而实现高分辨率成像.为了验证该方法的有效性,在试验中选取填充因子100%的46 μm×46 μm中波红外探测器,利用焦距为6 000 mm、口径为600 mm的红外平行光管和焦距为50 mm的中波红外镜头成像,如果不采用任何技术,物方分辨率为11.04 mm;过采样技术可将分辨率提高1.60倍,物方分辨率为6.9 mm;而采用异形像元探测器超分辨成像方法,在试验中将每个像元都抠掉23 μm×23 μm后, 物方分辨率为3.1 mm.     

一种MCP光子计数位置灵敏探测器图像采集系统

光子计数位置灵敏探测器在光子、粒子成像领域应用广泛,而图像采集系统是其重要组成部分。在介绍光子计数位置灵敏探测器的工作原理的基础上,分析了实现计数成像功能的软硬件需求,并设计了一套满足该需求的软硬件平台;依据该设计搭建了图像采集系统的硬件平台并采用LabVIEW编写了图像采集软件;最后进行成像实验验证了该套图像采集系统的性能。实验结果显示,基于该图像采集系统光子计数位置灵敏探测器能够将空间频率为7.14lp/mm的目标分开,表明该图像采集系统实现了其预期功能。     

使用感应电荷位敏阳极的极紫外单光子计数成像系统

研制了用于月基极紫外成像相机的二维极紫外位敏阳极光子计数成像探测器原型样机,该探测器系统主要由工作在脉冲计数模式下的微通道板堆、楔条形感应位敏阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。设计和制备了周期为1.5mm,有效直径为47 mm的三电极楔条形位敏阳极,研制了最高计数率为200 kHz的前端模拟和数字电路。测量了探测器的暗计数率、脉冲高度分布、增益、线性及空间分辨率等工作特性。测量结果表明,探测器的空间分辨率为7.13 lp/mm(即0.14 mm),满足月基极紫外相机对空间分辨率的要求。     

利用异形像元探测器的超分辨成像方法

随着光学成像全面进入光电数字成像时代,大多数成像系统的空间分辨率受限于探测器,所以提高探测器分辨率成为高分辨光电成像系统中的核心问题。而探测器的低分辨率主要是由于低采样频率和像元感光区的孔径效应而造成。最直接的解决方法就是减小像元尺寸,但会降低其他性能参数;针对最主要的限制因素——采样频率不足,目前多采用基于过采样原理的超分辨重建技术,通过提高探测器采样的频率来提高探测器的空间分辨率,但是其提升效果受到像元孔径效应的制约。为了进一步提高探测器受限的成像系统的空间分辨率,提出一种基于异形像元探测器的超分辨成像方法,将两列线阵异形像元探测器亚像元推扫实现像元细分,然后利用两列探测器所输出的灰度矩阵信息,重建出最终的高分辨图像。并分别通过理论评估和具体实验两方面验证该方法可以同时提高探测器的采样频率和截止频率,拓展带宽,从而实现高分辨率的目的。     

激光为光源的液晶自适应眼底成像系统

摘要：本文介绍了基于液晶波前校正器的模拟人眼眼底自适应成像系统,该系统采用Shark-Hartman波前探测器进行波面探测,将探测所得波前畸变经过计算处理转化为灰度图通过电脑施加到LCOS上进行波面校正,通过校正人眼像差的方式来提高系统成像质量。经过校正后系统波前误差从1.92m降低到0.048m系统分辨率接近70lp/mm已经到达该光学系统衍射极限分辨。     

等离子体诊断用成像型软X射线三色谱仪设计

围绕激光惯性约束聚变研究中内爆靶丸的辐射流诊断需求,设计了一种兼顾空间成像功能的三色软X射线谱仪。该谱仪的设计中心能点为210eV、680eV和800eV,能谱分辨率E/ΔE为5~10。采用X射线掠入射光学结构,实现了三个能点的一维聚焦成像,在1mm视场内空间分辨率优于10μm。采用X射线周期多层膜,获得了三个能区的能谱响应,多层膜测试结果满足设计要求。以光学设计和多层膜为基础,建立了系统的光线追迹模型,分析了可控的空间位置误差和瞄准误差对系统光谱分辨和空间分辨的影响,为装调方案及瞄准方法设计提供了精度依据。该谱仪与条纹相机结合,可用于我国强激光装置上的等离子体诊断实验。     

光谱成像技术进展

光谱成像技术不仅具有空间分辨能力,而且还具有光谱分辨能力。本文从图像技术和光谱分析两个不同方面论述光谱成像技术出现和发展的必然性,明确光谱成像的定义,丰富光谱成像的内涵,而且从光谱分辨率、探测器工作方式和色散元件类型等不同方面对光谱成像技术进行分类介绍,并着重结合遥感、精细农业、生物医学等领域阐述光谱成像技术的应用。     

基于3线阵探测器的亚像元成像超分辨率重构

虽然增加探测器的时间和空间采样频率可以提高亚像元成像系统空间分辨率,但探测器采集到的数据易发生混叠,使重构得到的图像的分辨率无法达到理想值。本文以3片线阵探测器亚像元成像为基础,提出一种超分辨率重构算法。首先,在高分辨率网格上建立插值模型;然后,辨识插值重构图像在线阵列方向和扫描方向的模糊核,得到整幅图像的模糊核;最后,采用带有Neumman边界条件的梯度平滑正则化模型去除模糊,抑制振铃效应。实验结果表明,该算法使亚像元成像系统分辨率为单线阵探测器无过采样成像系统分辨率的2.6倍;与双线性插值法相比,平均灰度等级(GMG)提高了7.71。该算法可以进一步实现对更多片线阵探测器亚像元成像的超分辨率重构,获取更高的系统分辨率。     

无源毫米波成像投影Landweber多重网格超分辨算法

在无源毫米波成像应用中,由于天线孔径大小的限制而导致获得的图像有可怜的分辨率,因此必须采取有效的后处理措施增强图像的分辨率。本文提出了一种针对无源毫米波成像应用的投影Landweber多重网格超分辨算法,该算法以投影Landweber算法作为主迭代过程,通过逐步频域内插避免了频谱混叠,从而实现频谱外推和超分辨。实验结果表明,该算法改善了收敛速度,增强了图像的分辨率,减少了计算量,有利于无源毫米波成像超分辨的实时实现。     

用于电离层探测的远紫外成像光谱仪研究

电离层成像探测一直是我国大气遥感的一个薄弱环节.根据大气成像光谱探测原理,针对应用要求设计和研制了电离层探测成像光谱仪原理样机.样机采用一片离轴抛物镜与改进的Czerny-Turner光谱仪匹配的光学结构形式,工作波段为120～180 nm的远紫外波段.探测器选用了接收平面为微通道板(MCP)的光子计数型楔形阳极位敏探测器,在真空下实现对远紫外波段的探测.样机质量6.8 kg,体积360 mm×210 mm×250 mm.利用实验室真空系统与氘灯搭建了样机检测系统,获得了样机的基本性能参数.与国外方案结果对比表明,样机光谱分辨率为2.4 nm,空间分辨率75 μm,对应地面分辨率约0.6 km,除传输效率略低外,其他各项指标均接近或达到先进水平,该成果对空间和大气遥感具有重要的研究和应用价值.     

快照式光谱光场成像技术

针对快照式多维成像系统难以实现高维成像的问题,本文提出了一种快照式光谱光场成像方法,使用单个探测器实现了对目标场景光谱光场信息的快速获取。该方法将聚焦光场成像结构引入到快照式超光谱成像傅里叶变换光谱仪中,首先获取混叠了目标场景光场信息和干涉信息的原始图像,然后使用基于卷积神经网络的信息重建算法,将光场信息和干涉信息从原始图像中分别提取出来,并分别利用光场和干涉信息来重建目标场景的深度和光谱。本文搭建了快照式光谱光场成像系统,并对该系统在空间、光谱以及时间维度上的表现进行了实验验证。实验结果表明,该系统在将获取信息的维度扩展到七维的同时,其深度重建的均方根误差为7.7 mm,光谱重建的归一化均方根误差为6.87%。     

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。     

太赫兹功率探测器高灵敏度调制解调系统设计

针对太赫兹被动成像系统前端功率探测器内部引入的低频噪声(1/f噪声)对成像精度的影响较为明显的问题,设计了一种高灵敏度调制解调系统来降低低频噪声对成像的干扰.通过控制外部信号源使功率探测器在正常工作与饱和状态之间快速切换,实现对目标信号的调制,从而将目标信号的频率调制到高于功率探测器引入的低频噪声频段以便将低频噪声滤除...     

The Feasibility of Neutron Moderation Imaging for Land Mine Detection

Neutron moderation land mine detection involves irradiating the ground with fast neutrons and subsequently detecting the thermalized neutrons which return. This technique has been studied since the 1950s, but only using non-imaging detectors. Without imaging, natural variations in moisture content, surface irregularities, and sensor height variations produce sufficient false alarms to render the method impractical in all but the driest conditions. This paper describes research to design and build a prototype land mine detector based on neutron moderation imaging. After reviewing various neutron detector technologies, a design concept was developed. It consists of a novel thermal neutron imaging system, a unique neutron source to uniformly irradiate the underlying ground, and hardware and software for image generation and enhancement. A proof-of-principle imager has been built, but with a point source offset from the detector to roughly approximate a very weak uniform source at the detector plane. Imagery from the detector of mine surrogates is presented. Realistic Monte Carlo simulations were performed using the same two dimensional neutron imaging geometry as the detector in order to assess its performance. The target-to-background contrast was calculated for various soil types and moisture contents, explosive types and sizes, burial depths, detector standoffs, and ground height variations. The simulations showed that the neutron moderation imager is feasible as a land mine detector in a slow scanning or confirmation role and that image quality should be sufficient to significantly improve detector performance and reduce false alarm rates compared to non-imaging albedo detection, particularly in moist soils, where surface irregularities exist and when the sensor height is uncertain. Performance capability, including spatial resolution and detection times, was estimated.     

大幅宽长波红外变帧频变焦成像

为了验证变焦扫描大幅宽成像时扫描方向边缘视场图像畸变的矫正效果,并降低扫描镜控制难度。首先分析了变焦成像时扫描镜扫描速度与扫描视场角间非线性变化关系;针对扫描镜变速扫描稳定性低且控制难度大的问题,在结合探测器变帧频分析与实现的基础上,提出采用扫描镜匀角速度扫描结合探测器变帧频变焦成像方法。推导了扫描镜匀角速度扫描时,光学系统焦距、相机实时帧频与扫描成像视场角的关系式。最后基于课题组已有的可连续变焦长波红外光学系统,搭建了一套基于扫描镜扫描成像的大幅宽长波红外变焦实验系统,并利用该系统进行了成像验证。成像结果表明,采用变帧频结合变焦成像方法,可有效抑制大幅宽成像时扫描方向边缘视场图像畸变问题。变帧频成像方法降低了变焦扫描时扫描镜扫描复杂度,证明了变焦扫描方法具备图像畸变矫正能力。     

Imaging modes for bilateral confocal scanning microscopy

The bilateral scanning approach to confocal microscopy is characterized by the direct generation of the image on a two-dimensional (2-D) detector. This detector can be a photographic plate, a CCD detector or the human eye, the human eye permitting direct visualization of the confocal image. Unlike Nipkow-type systems, laser light sources can be used for excitation. A design called a carousel has been developed, in which the bilateral confocal scan capability can be added to an existing microscope so that rapid exchange and comparison between confocal and non-confocal imaging conditions is possible. The design permits independent adjustment of confocal sectioning properties with lateral resolutions better than, or, in the worst case equivalent to, those available in conventional microscopy. The carousel can be considered as a stationary optical path in which certain imaging conditions, such as confocality, are defined and operate on part of the imaging field. The action of the bilateral scan mirror then extends this image condition over the whole field. A number of optical arrangements for the carousel are presented which realize various forms of confocal fluorescence and reflection imaging, with point, multiple point or slit confocal detection arrangements. Through the addition of active elements to the carousel direct stereoscopic, ratio, time-resolved and other types of imaging can be achieved, with direct image formation on a CCD, eye or other 2-D detectors without the need to modify the host microscope. Depending on the photon flux available, these imaging modes can run in real-time or can use a cooled CCD at (very) low light level for image integration over an extended period.     

Uncooled IR imaging using optomechanical detectors

In this study, we present an uncooled infrared imaging detector using knife-edge filter optical readout method. The tilt angle change of each cantilever in a focal plane array (FPA) can be simultaneously detected with a resolution of 10(-5) degrees. A deformation magnifying substrate-free microcantilever unit is specially designed. The multi-fold legs of microcantilever are interval metal coated to form a thermal deformation magnifying structure. Thermal and thermomechanical performance of this microcantilever unit are modeled and analyzed. An FPA with 100 x 100 pixels is fabricated and thermal images of human body are obtained by this detector.     

基于成像式照度探测的菲涅尔光学助降系统检测方法研究

为了解决菲涅尔光学助降系统(FLOLS)的检测问题,文中根据FLOLS检测应满足的技术指标,提出了一种基于成像式照度探测法的菲涅尔灯发光强度测量方案,并根据分析设计研制了成像式照度探测装置。通过试验,结果表明该装置可远距离对大口径、大发光角度的菲涅尔灯进行发光强度的探测,满足菲涅尔光学助降系统检测装置测量的要求。