用CCD测量生物组织的漫反射率和透射率

介绍CCD实验装置和用C语言开发的CCD图像分析系统 ,测量和分析了新鲜猪脂肪和猪肌肉空间分辨的漫反射率和透射率 ,将测量结果与MonteCarlo模拟结果以及基于漫射理论的两个模型的结果相比较 ,结果表明在距离光束中心 12mm的范围内理论结果与实验结果符合得较好。结论是用CCD测量装置以及作者所开发的图像分析系统可以用于测定生物组织的漫反射率和透射率 ,这项测量为生物组织光学参数的无损和快速测量提供了实验依据。     

基于三点法的柱状生物组织热特性参数估计

针对柱状生物活体组织,提出了通过测量组织表面三个测量点的温度变化,同时确定多个热特性参数的新的非稳态无损测量方法。基于Pennes生物传热方程,建立了描述三点法测量系统传热过程的数学模型,进行了正问题的求解。根据数值计算以及参数灵敏度分析的结果,采用改进的高斯方法,对生物活体组织的热特性参数估计进行了模拟计算及分析。结果表明,采用三点测温同时确定活体生物组织的导热系数、血液灌注率、综合换热系数的测量方法是有效和可行的。     

650nm光在Intralipid-10%中分布的测量和分析

本文提出一种用光纤测定光在生物组织模型Iitralipid内部光分布的方法并测定了650nm激光在Iitralipid 10%中的分布,该方法与各向同性球形光纤探头探测组织内光分布是一种互补的方法。实验结果揭示了在生物组织模型中不同方向散射光的分布规律,表明了不同的组织光学参数和不同直径的入射光束与光分布之间的关系;采用外推边界条件的漫射方程解拟合前向散射光的测量数据确定了组织模型的散射系数和吸收系数并得到较好的结果,所测量的光学参数与公开发表的结果比较其差别在2 35%以内。     

生物组织光传播的时域特征分析

采用蒙特卡罗方法对脉冲光在组织中传播的时域特征作了研究，并把计算结果与漫射理论的解析解作了比较，文中详细分析了组织光学特性参数与组织表面时间分辨的漫反射光分布之间的关系。结果表明：散射系影响着漫反射光强到达峰值的时间，吸收系数影响着漫反射光强在峰值之后随时间下降的速度，而ｇ因子对响应曲线的前沿影响较大，在后沿阶段基本上没有影响。     

两层生物组织光学特性参数无损测量的模拟研究

生物组织的光学特性参数是与疾病的无损光诊断有关的重要的光学参数，一般的测量所应用的模型是假设生物组织为半无限厚的均匀结构。为了更能反映生物组织的真实特性，本文应用两层结构模型，即假设第一层为有限厚的均匀组织，第二层为半无限厚，由漫射方程经过傅立叶变换得到传输方程的漫射解。为检验漫射解的准确性，将漫射解的表面漫射光分布与Monte Carlo模拟结果进行了比较，结果表明两者符合得很好。为了研究由漫射解是否可以获得两层组织的光学特性参数，将漫射解与Monte Carlo模拟数据进行了非线性拟合，反演获得组织的光学特性参数，结果表明，由漫射解可以获得两层组织的有效散射系数和吸收系数。     

电子顺磁共振成像法

电子顺磁共振成像（EPRI）可以成为确定在肿瘤和其他生物组织内氧分子分布的一种重要手段．对于许多疾病来说，氧的存在与否是非常重要的，例如由于缺乏氧分子会使癌细胞在对待辐射和化学治疗时有一定的抵抗性．美国芝加哥大学的Pelizzari C博士和他的同事们一直在研究如何测试氧分子在生物体内的分布状况，他们认为电子在生物体内可具有反映这种性质的能力，     

混浊介质二维后向漫散射穆勒矩阵的测量

研制了一套实验系统用于测量混浊介质的后向漫散射穆勒矩阵.在系统中，激光被调制成所需偏振态，聚焦于混浊介质表面.利用CCD相机配合相应的偏振元件，测量入射点周围区域的后向散射光中特定偏振态的能量空间分布，并由测量值计算出介质的后向漫散射穆勒矩阵.描述了系统的组成、测量原理以及方法，分别测量了消偏振分光棱镜的反射穆勒矩阵和浓度1.5％的脂肪乳溶液的后向漫散射穆勒矩阵.实验证明:该系统能够完全消除样品表面镜面反射光的干扰，精确的测量混浊介质的后向漫散射穆勒矩阵；并可望用于生物组织的研究中.     

近红外光在皮肤组织中的传播和光纤探测结构设计

为了研究近红外光在皮肤组织中的传播,建立了人体皮肤组织模型,包括不同入射波长下表皮、真皮、皮下组织的吸收系数、散射系数、折射率和各向异性因子.结合皮肤组织的光学性质,采用蒙特卡罗方法分析了1 000~1 900nm范围内,光源-探测距离不同时近红外光在皮肤组织中的传播过程和分布特点.结果表明:光子运动路径长度和穿透深度均随光源-探测距离的增加而变大,而漫反射归一化能量随光源-探测距离的增加而变小.选取光源-探测距离为0.45mm,当入射波长为1 550nm时,光子运动路径长度为1.806mm,穿透深度为0.467mm,漫反射光归一化能量为0.001 85.根据蒙特卡罗模拟结果,分析和设计了一种光纤探测结构,这种分叉光纤束由18根光源光纤和4根探测光纤构成,每根光纤间距均为0.45mm并且刚好紧凑相邻.最后,仿真计算了光纤收集到的漫反射光能量及照度分布.假设入射光功率为1 W,则探测器接收的漫反射光功率为0.598mW,这为便携式检测光谱仪器的设计提供了参考.     

用蒙特卡罗方法研究生物组织中的光分布

本文利用蒙特卡罗方法研究准直光束通过生物组织时其内部光吸收剂量分布的特点．计算模型设定的条件为：组织与其边界折射率不同、组织为纵向有一定宽度的层状结构．理论的计算模拟结果已同组织模拟体的实验结果作了比较，两者能较好的吻合．     

基于数字全息图的光纤折射率测量研究

利用数字全息显微层析技术构建了光纤折射率测量的测试系统, 包括光路系统与软件系统. 以物光波的相位分布曲线为依据由CCD记录最优的数字全息图; 在优化频谱图的基础之上对全息图做频域滤波, 准确选取物光波所对应的频谱范围; 使用基于角谱理论的再现算法提取出物光波的相位分布信息, 并通过模拟全息图验证相位提取的准确性; 由单幅全息图提取的相位分布信息, 结合光纤的多层模型, 还原出光纤断层面沿直径方向的折射率分布. 以单模、多模光纤为实验样品进行了测量, 测量结果与S14折射率测量仪的测量结果吻合, 精度可达10^-4. 实验对比结果表明本文方法可简单、快速、准确地测量光纤内部的折射率. 本文还对特种光纤的折射率进行了测量研究.     

温度和应变对光纤折射率的影响

采用迈克尔逊（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）光纤白光干涉系统，通过测量随着温度或应变改变而变化的光程，给出了单模光纤有效折射率的温度和应变相关特性。对于ＳＭＦ－２８型单模光纤，测得折射率温度系数和应变温度系数在波长为１３００ｎｍ处分别为０．７６２×１０－５／℃及－０．１３３２×１０－６／με；在波长１５５０ｎｍ处则为０．８１１×１０－５／℃及－０．１６４９×１０－６／με。并与几种不同光纤相应的数据进行了比较。     

LED based fiber optic surface plasmon resonance sensor

Modeling of a miniaturized fiber optic sensor based on surface plasmon resonance utilizing a broad band diffuse source is presented. Attenuated total internal reflection with Kretschmann configuration is the basis of the theoretical model. For simulation both meridional and skew rays are considered. The performance of the sensor is evaluated in terms of sensitivity, detection accuracy and signal to noise ratio. Effects of the numerical aperture of the fiber, core diameter and length of the sensing region on the performance parameters of the sensor are studied. The results are obtained for gold and silver metallic layer on the core of the fiber. The theoretical results obtained are compared with SPR based fiber optic sensor utilizing focused beam on the end face of the fiber from a collimated source. The advantages of using broadband LED (diffuse source) source for launching light in the fiber are the miniaturization, compactness and low cost of the sensor.     

基于多光谱漫反射的牛肉品质参数检测方法研究

为了满足生鲜肉品质参数无损检测领域,对轻便式、低成本设备的开发需求,提出一种基于多光谱漫反射技术的生鲜肉品质检测方法。首先根据漫反射近似理论,结合牛肉样品散射系数、吸收系数及折射率等参数,在无线细垂直光束的蒙特卡洛仿真的基础上,对具有一定发散角度LED光源进行了初始化的校正,分别从光源照射位置概率分布、不同角度的照射概率分布、仰角、方向角的概率分布、不同角度光线入射样品时反射引起能量损失及对光子权重的影响,得到在LED光源发散角情况下,不同源探距下的漫反射率与检测深度,确定了光源与检测器之间的最佳距离为15 mm,然后根据此距离,搭建了多光谱漫反射检测平台,检测平台由8组中心波长为470,535,575,610,650,720,780和960 nm的LED光源组成,与所要检测的生鲜牛肉品质参数相对应。同时利用LED光源的发散角,确定了光源到样品表面的垂直距离与每个光源的安装位置,保证光源照射到样品的区域是均匀的。样品的漫射光强经由信号采集与放大电路的处理后传至上位机,并在上位机完成建模与分析。最后为验证该检测系统的性能,以生鲜牛肉新鲜度参数中的颜色(L*,a*,b*)与pH值为指标,利用60个样品进行了试验,分别得到8个光源下的原始光强值与校正后的反射率值,然后将牛肉样品按照3∶1比例分为校正集与预测集,针对原始光强值与反射率值,分别利用多元线性回归(multiple linear regression, MLR),偏最小二乘回归(partial least squares regression, PLSR)与偏最小二乘支持向量机回归(partial least-squares support vector machine, LS-SVM)三种方法,建立各个参数在原始光强与反射率数据两种情况下的预测模型,并得到最佳模型结果。结果表明,利用反射率数据建模结果均好于光强数据结果,其中参数L*,a*,b*的MLR建模结果优于PLSR与LS-SVR,其预测集相关系数分别为0.983 2,0.907 2及0.935 9,预测集误差分别为1.00,2.14及0.67。参数pH值的LS-SVR建模结果优于PLSR与MLR,其预测集相关系数为0.942 0,误差为0.19。最后利用未参与试验的20块牛肉样品对模型进行了验证,颜色L*,a*,b*及pH参数的预测值与实测值的相关系数均大于0.85,结果证明,利用多光谱漫反射技术以及所搭建的多光谱漫反射检测系统对生鲜牛肉品质参数检测是可行的,该方法能够为设计便携式或微型化生鲜牛肉品质的无损检测仪器提供参考与依据。     

目标激光漫反射率测试系统

目标激光漫反射率的测量与标定,对于目标漫反射特性和激光系统的评估分析是至关重要的。介绍了一种由大口径激光能量仪构成的目标激光漫反射率测试系统,系统可以在结构上保证CCD观瞄系统光轴与1.57μm激光探测器光轴一致,且CCD观瞄系统和激光能量仪机构合一。经测试系统进行实验,标定和实验的结果表明,系统检测精度高、操作性好。     

锥形光纤中光波传输特性的蒙特卡罗模拟

为了分析锥形光纤中光子流的传输特性和空间分布特性，采用了蒙特卡罗算法对其进行了模拟仿真，得到了大量光子经过锥形光纤后的光子分布图.模拟实验结果表明，通过锥形光纤的大量光子集中在探测器中心，到达探测器某一位置的光子数随着该位置到探测器中心距离的增加而减少，并且在锥形光纤锥度比一定的条件下，改变锥形光纤长度，光强度随着长度的增加而下降，但通过锥形光纤的光子分布是一样的.这些研究结果对锥形光纤的设计和实际应用提供了重要依据.     

用面阵CCD模拟测定星光漂移的方案研究

在LAMOST焦面光纤定位系统预研中 ,在焦面板上采用面阵CCD跟踪测量亮星的位置及其漂移 ,以对焦面板进行定位。在实验室条件下 ,用光纤出射光斑代替星光 ,即在光纤一端耦合进光 ,并在另一端用面阵CCD接收光斑 ,以模拟实际中接收星光情况。并利用重心法和图像迭加技术对采集的光斑信号进行处理。结果表明 :用面阵CCD测量星光位置及其漂移具有重复精度高 ,稳定性好的特点 ,且通过图像迭加处理 ,可提高星光信号的信噪比。     

Measuring Light Field of Light Source with High Directional Resolution Using Mirrored Ball and Pinhole Camera

This paper presents a method of measuring a light field of a light source with high directional resolution using a mirrored ball and a pinhole camera. The light field describes a spatial and directional distribution of radiances from the light source. The directional distribution is expanded by a reflection on the mirrored ball, and the radiances are measured by a charge-coupled device (CCD) camera with a pinhole lens. The light source is laterally moved by a robot arm to measure the directionally expanded light field, and each pixel on a CCD can obtain the radiances from the light source through the pinhole lens with high directional resolution. The light field is estimated from the pixel value and the position of each pixel using a ray tracing technique. The light field of a krypton lamp was experimentally measured by the proposed method, and the accuracy of the measurement was evaluated against the irradiances measured by a spectro-radiometer at sample points.     

Diffuse reflection of light from a dense random medium using fibres dipped into the medium

Abstract

Diffuse reflection of a narrow collimated light beam from a slab of a dense random medium is considered theoretically and experimentally for the case of the source and the detector fibres dipped into the random medium, as is the case for an endoscopic catheter. By use of the diffusion approximation, a simple and physically clear analytical expression is derived for the distribution of the diffuse reflectance of the light beam along the surface of the random medium slab. We include the effects of reflections from the top and bottom surfaces of the slab. The analytical expression derived predicts that, in the case of small absorption, the relative reflectance is a universal function defined by the geometrical parameters and is independent of specific properties of the random medium. The theoretical prediction is found to show good agreement with the results of measurements.     

Derivation of quantum yields for visible emission transitions of Sm in heavy metal tellurite glass

Under the pumping of violet lighting emitting diode, quantum yields for multichannel transition emissions have been determined in Sm³⁺-doped heavy metal tellurite glass for the first time. For the derivation, the necessary fluorescence spectra were measured and calibrated in an integrating sphere connected to a CCD detector with a 400 μm-core optical fiber. The spectral power distribution of the sample was derived from the measured spectra first, and then the quantum yields of the visible emissions of Sm³⁺ were calculated based on the distribution. The total quantum yield for four emission transitions of Sm³⁺ in visible region is 4.07%. Integrating sphere with a CCD detector is proven to be a reliable and reproducible method to characterize luminescence and laser materials.