基于动态权重PSO算法的眼科OCT设备横向分辨率检测

眼科光学相干层析成像(OCT)设备的横向分辨率检测易受光斑噪声和干涉条纹影响,为提高横向分辨率检测精度,提出一种基于动态权重粒子群优化(DWPSO)算法的眼科OCT设备横向分辨率检测方法。通过构造动态权重因子对局部PSO算法进行改进,构建了DWPSO算法;建立了光束光强分布模型,采用DWPSO算法辨识模型参数并获得光束宽度,应用最小二乘算法拟合光束宽度得到数值孔径,用于实现眼科OCT设备横向分辨率检测。实验结果表明:DWPSO算法与其他相关算法相比较能够快速得到光束光强分布模型的全局最优解;被测眼科OCT设备在近焦点位置的横向分辨率为18. 21μm,远焦点位置的横向分辨率为49. 91μm,该横向分辨率检测方法使光斑噪声和干涉条纹的影响有效降低,具有较好的噪声鲁棒性。     

谱域OCT成像系统在口腔组织检测中的应用

基于谱域光学相干层析术理论设计并搭建了一套便于集成化的光纤式谱域OCT系统,其纵向分辨率为7.3μm,横向分辨率为9.5μm,在空气中的成像深度为3.14 mm。该系统通过干涉光谱来获得样品的深度信息,实现数据的高速采集。利用该系统对口腔内唾液腺导管内壁的组织形态进行了研究,并将得到的OCT图像与相对应的病理切片图片进行了比较。实验结果表明,采用研制的系统可以获得腮腺导管内壁组织的层析结构。该项研究对临床医学上的口腔唾液腺疾病的无创检查和早期诊断具有指导意义。     

基于非等网格灵敏场的静电层析成像技术

静电层析成像技术(EST)是应用于气固两相流动参数检测的一种新兴技术。利用颗粒荷电的特性,静电层析成像技术可以实现对流动颗粒的流型识别以及速度分布的测量。首先针对影响EST的灵敏场进行研究,发现基于现有等网格灵敏场的正则化算法对于中心区域电荷反演效果较差,通过分析灵敏场对EST的影响,进而提出全新的非等网格灵敏场,结果表明该方法可以很好地重建中心区域的电荷分布,但存在的缺点是降低图像的空间分辨率。为此通过对EST图像重建算法中灵敏场作用的分析,从而提出采用BP算法实现中心区域图像重建。实验结果表明非等网格灵敏场和BP算法都取得了良好的效果。     

光学相干层析技术在光学表面间距测量中的应用

搭建了适于镜头中光学表面间距测量的实验装置,用于非接触高精度测量镜面间距.该装置以光纤型时域光学相干层析系统为基础,通过光学表面的层析成像精确测量其相对位置.对样品扫描装置进行了改进,利用高精度导轨移动光纤准直器来移动成像范围,实现对不同深度光学表面的层析成像.利用实验测量系统完成了对空气间隙样品及已装调好镜头的光学表面间距的测量,其中空气间隙样品的测量值为6.026mm,用游标卡尺得到的对比测量值为6.02mm;对镜头关键参数空气间隙的测量值为10.750mm,其设计值为(10.7±0.03)mm.实验系统误差为3.871μm,测量灵敏度为10.5μm.结果显示该方法具有非接触、高精度、高灵敏度的特点.     

用于电光定标的高性能光谱辐射计

美国圣巴巴拉红外公司已研制出一种可对电光测试站、光源及光学表面进行高精确度辐射定标的双波段红外光谱辐射计。这台型号为RAD-9000的红外光谱辐射计覆盖3μm～5μm和8μm～12μm两个谱段，其热灵敏度好于40mK，支持278K～373K的目标温度，光谱分辨率(D1／1)优于2％。该红外光谱辐射计由计算机进行控制。除了能提供高性能的相对辐射测量以外，     

中/长波红外双衍射级次共路Offner成像光谱仪

为提高成像光谱仪的工作波长范围,提出了基于双波段焦平面探测器(FPAs)的双衍射级次全共路Offner成像光谱仪结构。该结构中凸面光栅的一级衍射光和二级衍射光完全重叠共路传输,并可由焦平面处的双波段红外焦平面探测器IR FPAs实现级次的自然分离和同时探测。分析了该结构的工作原理和设计方法,基于几何光线追迹法仿真了谱线弯曲和色畸变特性,基于Huygens点扩散函数(PSF)仿真了光谱响应函数(SRF)并导出了光谱带宽。实验显示:双衍射级次共路Offner成像光谱仪的工作波段为3~6μm(二级衍射)和6~12μm(一级衍射),谱线弯曲和色畸变均小于0.5个像元宽度,光谱带宽分别为13.2~14.3nm(二级衍射)和28.3~33.3nm(一级衍射),两个工作波段内的衍射效率均大于或等于20%。整个系统结构简单紧凑、光谱范围宽,满足对地物或深空目标的中等分辨率的中远红外光谱探测需求。     

BEPC储存环同步光束流测量光学系统

概括了同步光束流测量的特点,简单描述了北京正负电子对撞机(BEPC)现有同步光束流测量系统.根据BEPC改造对同步光束流测量系统提出的最新指标,提出了改造原有系统的新方案.对同步光引出镜进行了全新设计;采用高分辨率面阵CCD实现束团横截面尺寸测量、束团强度测量和束团位置检测;采用条纹相机实现束团纵向长度的测量;利用Zemax程序对新方案进行成像质量分析,束团纵向长度测量分辨率为2ps,束团横截面尺寸测量分辨率为20μm.     

无透镜全息显微细胞成像

为了同时满足较大的视场和较高分辨率的需求,开发了一套全息无透镜显微成像系统和配套算法,实现对微米级样品的无透镜显微成像。搭建了一套由LED光源、针孔、被测样品与CMOS图像传感器组成的全息无透镜显微成像系统,并对针孔直径、成像面尺寸、光源到样品的距离,以及样品面到CMOS图像传感器的距离进行了优化。其次,开发了从系统采集的全息图中恢复样品图像的角谱法算法。最后,使用该成像系统和配套算法,分别对具有微米级结构分辨率测试靶,和肺癌细胞悬浮液进行了显微成像。该全息无透镜显微成像系统的分辨率为4.4μm,成像视场尺寸为5.7 mm×4.3 mm,实现了微米级结构和肺癌细胞较清晰的显微成像。全息无透镜显微成像系统结构简单、无像差干扰,可以实现大视场下较高分辨率的显微成像。     

显微高光谱成像系统的设计

设计出一种基于棱镜 光栅 棱镜组合分光方式的显微高光谱成像实验系统.系统根据推帚式成像光谱仪的原理进行设计,采用棱镜 光栅 棱镜组合元件在后光学系统进行光谱分光,利用高精度载物台自动装置驱动样品进行推扫成像,选用PCI总线作为数据采集的微机接口.整个系统由显微镜、分光计、面阵CCD相机、载物台自动装置以及数据采集与控制模块等几部分组成.系统的光谱范围从400nm到800nm,120个波段,光谱分辨率优于5nm,空间分辨率大约1μm.该系统具有直视性、光谱分辨率高、结构紧凑、成本低等优点;不仅能够提供微小物体在可见光范围的单波段显微图像,而且能够获得图像中任一像素的光谱曲线,实现了光谱技术和显微成像技术的结合,成功的将成像光谱技术应用到显微领域,可广泛应用于临床医学、生物学、材料学、微电子学等学科领域.     

隧道式纳米级轮廓仪的研究

介绍两种结构形式的基于电子隧道效应的纳米级三维轮廓仪。其纵向分辨率可达０．０２ｎｍ，横向分辨率可达０．２ｎｍ，扫描范围分别为４０μｍ×４０μｍ和１４μｍ×１４０μｍ。可直接对φ５０ｍｍ和φ１３０ｍｍ的大尺寸样品表面进行纳米级的超微观形貌检测与分析。文中给出了一些超精表面的超微观形貌测量的结果。     

飞行时间太赫兹断层成像

介绍了利用超短激光脉冲的高分辨飞行时间太赫兹断层成像的发展。其基本原理是,首先非线性光学晶体获得的宽带太赫兹脉冲进入到样品,随后检测每一层反射回来的回波脉冲。利用高斯窗口的去卷积过程我们可以获得清晰、高分辨的断层成像谱图。与聚四氟乙烯薄膜机械厚度测量的结果比较,如果一个样品的折射率为n,则轴向分辨率低于10/nμm。     

X-ray microtomography

A microscope system based on the principles of computerized axial tomography is described for determining the distribution of the X-ray absorption coefficient in a slice from a solid object without cutting sections. An application is given to determining the distribution at a resolution of about 15 μm through a shell of about 0·5 mm diameter.     

Better narrowband spectral measurements

Spectrum analysis based on traditional FFT techniques is a widely available, commonly understood and general purpose tool for use with mechanical systems. In applications such as system identification, modal analysis and rotating machinery signature analysis, relevant information content in signals is greatest near narrowband phenomena in the frequency domain. Effort should be focused on reducing bias error in these regions in preference to reducing variance error. Time aliasing methods of spectrum analysis can result in superior bias error reduction, producing an accurately sampled spectral estimate and permitting window function characteristics to be decoupled from the DFT resolution, or frequency line spacing. Windows created with time aliasing can be optimized by adjusting the amount of time or frequency localization, according to the type of spectrum being measured. Assuming conventional criteria, time aliased windows can achieve better mainlobe and sidelobe characteristics than other windows. An innovative approach, appropriate with continuous spectra, is to use the window as a discrete sampling function in frequency to eliminate bias error inherent in the effective convolution between window and signal transform. Both approaches have been successfully implemented and results are presented using time aliased spectral estimates showing more accurate measurements of narrowband phenomena when used in applications of rotating machinery vibration and system identification.     

加窗插值快速傅里叶变换在滚动轴承故障诊断中的应用

针对滚动轴承故障信号强噪声背景和非线性等特点,为精确识别滚动轴承的故障特征频率,在最小熵解卷积和Teager能量算子解调基础上,提出了一种基于Hanning窗插值快速傅里叶变换的滚动轴承故障诊断新方法。该方法首先利用最小熵解卷积对轴承故障信号进行降噪,再结合Teager 能量算子对降噪后的故障振动信号进行解调,经傅里叶变换后得到信号的Teager解调谱;然后采用Hanning窗对解调谱进行加权处理;最后利用信号频点附近三根离散频谱的幅值做插值处理,从而得到精确的故障特征频率。轴承实测振动信号的分析结果表明：与传统的Teager 能量算子解调方法相比,在选取较少分析点的基础上,大多数情况下所提方法仍能精确识别轴承故障特征频率。     

提高FFT谱质量的一种新方法

论述了ＤＦＴ连续性,并推出ＤＦＴ谱的插值公式。提出了通过迭代确定ＤＦＴ的幅值极大值以寻找信号参数,并编制出寻找ＤＦＴ幅值峰值的抛物线迭代程序,该迭代只需几步即可得到相当准确的频率。考察了ＤＦＴ的频率分辨力和精度。比较了窗函数对ＤＦＴ精度影响,指出全景分析时采用汉宁窗,而局部分析时采用矩形窗。     

X-ray microscopy using computerized axial tomography

Computerized axial tomography with MoK_a X-radiation has been used to study a 0.8times0.8 mm column of human femoral bone at a resolution of 15 μm. This non-destructive X-ray microscopic technique allowed ‘sections' to be made with 25 μm separation and the distribution of linear absorption coefficient in each section to be determined.     

大孔径面视场PG成像光谱仪的光学设计

针对成像光谱仪通过狭缝进行线视场成像时存在的孔径较小、光学透过率较低等问题,研究了一种基于棱镜-光栅型分光结构的大孔径面视场成像光谱仪。该棱镜-光栅成像光谱仪采用表面浮雕型透射光栅,极大地降低了光栅的制作难度与成本。大孔径面视场的成像光谱仪相较于线视场成像光谱仪有较高光学效率和时间效率。但是面视场成像光谱仪的色畸变与谱线弯曲较难校正。本文将前端望远系统与分光系统进行一体化设计,满足远心光路匹配和孔径匹配,较好地校正了面视场光谱成像系统中的谱线弯曲和色畸变。并且通过加入非球面反射镜及校正镜很好的校正了由于大孔径面视场所引入的非对称性离轴像差。结果表明,设计的大孔径面视场PG成像光谱仪光谱波段范围400~1 000nm,光学调制传递函数达到0.65以上,光谱分辨率达2.5nm,全谱段不同视场的谱线弯曲小于5μm,色畸变小于8μm。     

自适应频谱塑形主动控制及舰艇领域应用研究进展

舰艇的隐身性能是其重要的性能指标和战术指标.吸振隔振等被动控制技术在舰艇减振降噪领域得到了广泛的应用,但依然无法满足舰艇对声隐身性的需求,因此,开展舰艇的振动与噪声主动控制研究意义重大.频谱塑形主动控制可以通过改变辐射噪声特征的方式对舰艇进行变特性声隐身.介绍了频谱塑形主动控制的内涵,根据自适应频谱塑形主动控制理论的发...     

An optical spectrometer for a confocal scanning laser microscope

An optical spectrometer for the visible range has been developed for the confocal scanning laser microscope (CSLM) Phoibos 1000. The spectrometer records information from a single point or a user-defined region within the microscope specimen. A prism disperses the spectral components of the recorded light over a linear CCD photodiode array with 256 elements. A regulated cooling unit cools the diode array, thereby reducing the detector dark current to a level, which allows integration times of up to 60 s. The spectral resolving power, λ/Δλ, ranges from 400 at λ = 375 nm to 100 at λ = 700 nm. Since the entrance aperture of the spectrometer has the same diameter as the detector aperture of the CSLM, the three-dimensional spatial resolution for spectrometer readings is equivalent to that of conventional confocal scanning, that is, down to 0.2 μm lateral and 0.8 μm axial resolution with an N.A.=1.3 objective.     

THE AUTOCOHERENT SPECTRUM: A USEFUL SPECTRAL ESTIMATOR FOR VIBRATION ANALYSIS OF ROTATING MACHINERY ACCURATE ESTIMATION AND CANCELLATION OF PURE TONES

This paper describes a new spectral estimator based on the Fourier transform, the autocoherent spectrum (ACS), which enables the extraction of the pure sinusoidal components with a greater sensitivity and an improved frequency resolution. It's statistical properties are studied, and it is shown how to remove pure tones in a spectrum, while keeping it's broadband components. After detection of lines, their exact frequencies are computed by means of the autocoherent spectrum phase. Then, the amplitude and phase associated to each pure tone are determined from the Fourier transform of each sequence according to the exact frequency calculated and the weighing window used. The removal of the pure tones is then achieved by correcting the Fourier channels containing them, and also some neighbouring channels which are effected by the side-effects of the window used.