GRIN透镜对SDOCT系统中成像质量的影响分析

搭建基于光谱光学相干层析术(SDOCT,spectral domain optical coherence tomography)的内窥成像系统,分析SDOCT的理论分辨率和探测深度。根据近轴子午光线方程,利用矩阵法分析自聚焦GRIN(gradient index)透镜成像原理,设计适用于SDOCT扫描探头的GRIN透镜,聚焦距离为10mm,透镜长度为5.31mm,直径为1.8mm。通过光学传递函数(MTF)对比GRIN透镜和传统球面透镜对成像质量的影响。利用内窥成像系统对洋葱内外表皮样品进行成像,获得3.2mm×0.7mm的层析图像。实验结果表明,利用GRIN透镜聚焦光束时,SDOCT系统的横向分辨率可达8μm,成像质量得到提高。     

基于图像频谱能量集中度的频域光学相干层析术数值色散补偿

分析阐述了频域光学相干层析术(SDOCT)系统参考臂和样品臂之间的色散不匹配对所获取的图像的频谱能量分布的影响。提出了一种基于图像频谱能量集中度的SDOCT系统数值色散补偿方法。当图像频谱低频区域内的能量百分比最小时,表明系统色散匹配。实验中选取平面反射镜作为样品,验证了用该方法来衡量系统色散匹配的效果与传统的利用半峰全宽(FWHM)法来评定色散补偿的结果一致。最后获取了人体手指的在体光学断层图像,并用该方法进行了色散不匹配补偿。实验结果显示该方法能够有效地对系统色散进行补偿,从而提高了图像的分辨率。     

基于图搜索和梯度弱化的SDOCT图像ILM层分割

频域光学断层相干扫描(SDOCT)图像针对视网膜中的RNFL层的精确检测,对于一些眼科疾病诊断有很好的参考价值,需要精确分割该层的上表面ILM边界。给出一种3D图搜索与梯度弱化方式相结合的分割ILM表面的方法,提出一种梯度弱化的方法,弱化了图像中其他高对比度区域的梯度,降低其他层对ILM表面分割的干扰,从而在图像中仅有在ILM表面附近较大梯度的前提下,利用经典三维图搜索方法实现对ILM表面的精确分割。分割过程中采用多尺度的分割方法,降低了三维图搜索算法本身时间复杂度和空间复杂度。采用斯坦福大学的25对眼睛的频域光学相干断层(SDOCT)图像,共50组3D图像体数据实验,结合ITK-SNAP软件的半自动分割结果进行实验对比。实验结果表明给出的方法对50组数据中的43组数据能够实现ILM表面的快速精确分割。     

航空遥感器光学窗口光机热一体化设计

为减小光学窗口对航空光学遥感器成像质量的影响,对光学窗口的窗口玻璃厚度进行了优化设计。根据强度理论确定了窗口玻璃最小厚度。依据纵掠平壁理论计算出光学窗口外表面的平均对流换热系数;以热光学为基础,仿真了航摄时光学窗口的瞬态温度场分布;计算了光学窗口在热-力耦合作用下不同窗口玻璃厚度时的波像差(PV和RMS),最终确定了矩形光学窗口(290 mm×140 mm)的玻璃厚度为17 mm。试验结果表明:特征频率为60 lp/mm时光学系统传递函数为0.304,并获得了稳定、清晰的航摄图像。成功实现了光学窗口的光机热一体化设计,可为其他航空光学窗口设计提供参考。     

红外硒基硫系玻璃光学非均匀性及影响因素分析

针对Ge-Sb-Se硫系玻璃光学非均匀性(内部条纹、裂纹、气泡、均匀性等)检测与表征的困难,提出了一种利用样品的近红外透射图像、及中红外线扩散函数和调制传递函数(MTF)并举表征其光学非均匀性的新方法,并建立了相应的检测装置。在此基础上,对自制的Ge28Sb12Se60(mol%)硫系玻璃样品进行了内部缺陷和光学均匀性测试,并比较分析了样品平面度与平行度对实验结果的影响。结果表明,近红外透射成像能清晰地检测到样品内部的条纹分布和缺陷;中红外线扩散函数和MTF可半定量地表征样品的光学非均匀特性;当表面光圈小于1时,均匀Ge-Sb-Se硫系玻璃样片的线扩散函数呈高斯分布,MTF实验值与理论值相近且平均值相差小于10%。     

屈光介质中谱域光学相干层析成像的重构

在屈光介质中,由于光线的折射以及光程与实际物理距离的错配,使得光学相干层析(OCT)成像存在重构误差。将几何光学中光线追迹的方法应用于光纤型谱域光学相干层析成像系统所成图像的重构误差矫正,在理论上推导了屈光介质所成层析图像与其真实物理结构的映射关系。实验中,将提出的方法应用于玻璃毛细管和人眼眼前节图像的重构误差矫正,在矫正后的图像中玻璃毛细管的剖面结构得到了准确的还原,所测人眼的眼角膜厚度、前房深度和宽度、眼角膜前后表面以及晶状体前表面的曲率半径等各种参数都符合模型眼给出的参考值。该方法能够使光学相干层析成像系统应用于具有任意多层折射界面的屈光介质,包括由透镜组组成的复杂光学系统等的成像。     

红外硫系玻璃内部环状条纹检测及其算法研究

当前红外硫系玻璃越来越广泛应用于红外热像仪等光学系统,玻璃内部光学均匀性检测对于红外玻璃的质量控制和工艺改进变得尤为重要。本文提出了一种简易的红外光学均匀性检测装置,获得了玻璃内部环状条纹的原始图像。通过图像增强、边缘检测、去除小区域,及膨胀腐蚀算法等处理之后,得到环状条纹圆心位置,圆环半径等量化特征参数,获得了满意的效果,从而有助于红外玻璃光学均匀性检测装置的改进,也为玻璃工艺的改良提供基础数据。     

大鼠肾脏缺血再灌注过程的光学相干层析成像监测

光学相干层析成像(OCT)具有分辨率高、成像深度深和成像速度快的优点,为评估肾脏状态提供了一种新方法。肾脏缺血再灌注会导致肾功能单元发生损伤,采用无损成像可以实时快速地评价肾脏的活性状态。采用中心波长为1300 nm的SDOCT(spectral-domain OCT)对Wistar大鼠肾脏进行活体二维和三维成像,图像能够清晰地显示肾皮质层的肾小管微结构。结果表明:OCT对肾脏缺血再灌注过程响应灵敏,在肾脏状态评估方面具有广阔的应用前景。     

利用K-K关系计算量子点玻璃的介电函数

为了得到PbSe量子点(QD)玻璃的光学常数,为 实验制备QD材料提供定性和定量参考,本文利用 实验中测量的吸收光谱,结合米氏散射理论和克拉默斯-克勒尼希(K-K)关系,通过多次迭 代运算,从吸收光 谱中分离出相应的介电函数的实部和虚部,最终获得材料的光学常数。为了使矩阵迭代运算 能够快速收敛, 设计了一种快速、不产生奇异矩阵的简便方法。计算得给出的PbSe QD玻璃的介电函数与 实验测量得到 的胶体QD介电函数分布非常相似,表明本文方法能够用于快速测定QD玻璃的介电 函数。本文方法可 以推广到其他液体、固体和气体材料光学常数的测量中,为纳米材料制备提供一定的参考。     

光学显微图像定量评价方法及应用研究进展（特邀）

作为工业数字图像质量评价在应用领域的重要延伸,光学显微图像定量评价主要通过对图像特征和属性进行分析计算,针对性地量化评估图像的质量。近年来,随着各类光学显微成像技术的蓬勃发展,图像定量化评价的重要性日益凸显,在总体图像处理中具有指导性作用。对现有的光学显微图像定量评价指标及相关算法进行总结,对各个算法的模型结构和性能表现进行讨论说明,阐述显微图像定量评价的应用和发展趋势,并对该领域目前所存在的问题和难点进行分析和展望。     

超分辨率技术在红外微扫描中的应用

超分辨率(SR)重建技术已经成为目前热门的数字图像处理技术之一,为了验证SR算法在红外成像领域中的应用效果,设计了相关红外长波微扫描实验平台。通过对微扫描获得的图像序列进行多种SR算法重建,然后对比平台光学参数所确定的实际光学衍射限,最后计算图像的调制传递函数(MTF)值来分析SR算法带来的图像空间分辨率提升。实验结果...     

眼前节光学相干层析系统的设计及实验研究

基于低相干干涉原理及迈克尔逊干涉仪的光学相干层析(OCT)技术,利用中心波长为1310nm的宽带低相干光源(SLED)及傅里叶域快速扫描光学延迟线(RSOD),设计和研制了眼前节OCT系统和探头。系统成像深度大于9mm。对其扫描模式进行分析,矫正所获得的眼前节OCT图像。     

非晶态锑化铟薄膜的射频磁控溅射生长及其结构和光学特性研究

在玻璃衬底上用射频磁控溅射技术进行了非晶态锑化铟(a-InSb)薄膜的低温生长.采用X射线衍射(XRD)和原子力显微(AFM)技术对所生长的薄膜进行分析研究,所生长的非晶态锑化铟薄膜表面平整,没有晶粒出现,获得了射频磁控溅射生长非晶态锑化铟薄膜的"生长窗口".采用傅立叶红外透射光谱分析技术对非晶态锑化铟薄膜进行了光学性能研究,在0.9～2.0μm范围内研究了薄膜的透射谱线,获得了薄膜的吸收系数,研究了其光学带隙和吸收边附近的3个吸收区域.     

光学纤维在平显和头盔中的应用

自从1951年世界上出现了第一根光学纤维后,直到50年代末期,光学纤维才逐渐获得实际应用.由于光学纤维具有一定的挠性,可使光线围绕着复杂的光路传导,因而使光学系统的结构更加紧凑.另外,光学纤维的透过率可以高于等值的反射系统,数值孔径可等于或大于1,并能使光束改形.光学纤维具有上述一些特点,目前在照明、图像传递、监控、信号显示、数据通讯等方面,获得越来越宽广泛的应用,而且日益受到人们的重视.光学纤维分为玻璃光学纤维和塑料光学纤维两大类.本文主要阐述玻璃光学纤维的性能及其在火控系统中的应用.     

手持式牙齿在体谱域光学相干层析成像系统研究

光学相干层析(OCT)是一种高分辨率、高灵敏度、无损伤的断层深度探测方法。搭建了一台手持式谱域光学相干层析(SDOCT)系统,对人体牙齿组织进行成像。介绍了手持式OCT探头设计。该手持式探头利用扫描振镜进行横向扫描,结构简单且十分紧凑,可以稳定地检测活体组织。利用该系统分别对离体牙齿和活体牙齿进行成像。通过实验结果可以清晰地看到活体牙齿的牙釉质、牙本质和釉质本质界面等组织,实现了高分辨率的断层成像。     

光学分形图像的产生

叙述了获得分形图像的一种光学方法。这种方法是通过对光学傅氏变换所获得的一系列初始图像进行卷积。如果所有的图像具有相同的傅里叶光谱特征，而这些光谱却具有着不同的尺度，在输出平面上便可获得分形图像。实验表明，用这种方法可在光学上产生简单的规则分形图像。     

非晶态碲镉汞薄膜的射频磁控溅射生长及其结构和光学特性

在玻璃衬底上用射频磁控溅射技术进行了非晶态碲镉汞(α-HgCdTe,α-MCT)薄膜的低温生长.采用X射线衍射(XRD)和原子力显微(AFM)技术对所生长的薄膜进行分析研究,所生长的非晶态HgCdTe薄膜表面平整,没有晶粒出现,获得了射频磁控溅射生长非晶态HgCdTe薄膜的"生长窗口".采用傅里叶红外透射光谱分析技术对非晶态HgCdTe薄膜进行了光学性能研究,在1.0～2.0μm范围内研究了薄膜的透射谱线,获得了薄膜的吸收系数(～8×104cm-1),研究了其光学带隙(约0.83eV)和吸收边附近的3个吸收区域.     

非晶态碲镉汞薄膜的射频磁控溅射生长及其结构和光学特性

在玻璃衬底上用射频磁控溅射技术进行了非晶态碲镉汞(α-HgCdTe,α-MCT)薄膜的低温生长.采用X射线衍射(XRD)和原子力显微(AFM)技术对所生长的薄膜进行分析研究,所生长的非晶态HgCdTe薄膜表面平整,没有晶粒出现,获得了射频磁控溅射生长非晶态HgCdTe薄膜的"生长窗口".采用傅里叶红外透射光谱分析技术对非晶态HgCdTe薄膜进行了光学性能研究,在1.0～2.0μm范围内研究了薄膜的透射谱线,获得了薄膜的吸收系数(～8×104cm-1),研究了其光学带隙(约0.83eV)和吸收边附近的3个吸收区域.     

用溶胶—凝胶法制备梯度折射率玻璃及其光学特性

引言梯度折射率(GRIN)玻璃是一种在光学中有极大价值的材料。其传统制备方法是通过在熔融玻璃中进行离子交换来获得。二十世纪八十年代末期,在专业文献中出现了使用溶胶—凝胶法来制备这种材料的报道。本文就是在氧化物系统SiO_2-TiO_2和SiO_2-BiO_2。中产生GRIN玻璃及其光学性质方面的研究。     

基于光学相干层析成像的投影折射率计算机层析成像系统研制

报道了基于光纤型光学相干层析成像(OCT)的投影折射率计算机层析成像(PICT)系统,并利用研制的系统对外径为1.3 mm,内径为0.9 mm的充水玻璃管样品进行了测量。样品以1°的步进角旋转,共采集180个方向上的投影值,然后利用卷积反投影算法进行了折射率分布图像的重建。实验结果表明,系统具有较高的空间分辨率,能够正确区分空气、玻璃和水三种不同折射率的物质,且其边界清晰可辨;由于利用了折射率信息,投影折射率计算机层析图像消除了常规光学相干层析图像中的几何畸变。