基于光学相干层析技术的术中颈部组织三维成像

为了在甲状腺手术中辅助医生对切除的颈部组织进行快速的组织学判断,使用自行搭建的光学相干层析(OCT)系统对行甲状腺切除术及淋巴结清扫术患者的切除组织进行三维成像,并将其与二维OCT图像以及病理切片进行对比。对21个病例的切除组织分别采集67幅1000 pixel×1000 pixel×630 pixel的高分辨三维OCT图像,对应6 mm×6 mm×3.8 mm的成像范围。可以从不同角度和不同的内部切面对三维OCT图像进行观察,能够清楚地辨别成像范围内的甲状腺、甲状旁腺、淋巴结和脂肪组织,并能够清楚地分辨淋巴结转移病变。高速、高分辨的三维OCT成像为甲状腺手术提供了一种术中病理诊断的方式,在辅助医生做出手术决策方面具有一定的应用潜力。     

直视逆合成孔径激光成像雷达外场实验

进行了1.8km和3.4km的直视逆合成孔径激光成像雷达外场实验,给出了远距离成像模式下考虑相位延时的非线性校正算法。实验中,目标为放置在无人机上的角锥和包裹有反射纸的无人机。通过交轨向包络对齐和顺轨向相位补偿算法,先后得到了不同成像距离下的角锥目标图像和1.8km成像距离下的无人机图像。成像距离为1.8km时二维分辨率达到了7.2mm×5.8mm,成像距离为3.4km时二维分辨率达到了12.7mm×9.2mm。     

超宽带微波检测早期乳腺肿瘤三维仿真

超宽带微波成像技术可作为有效的方法用于乳房早期乳腺肿瘤的检测. 该方法基于乳房组织和肿瘤之间较大的电学特性差异的特点进行成像, 能提供足够的分辨率以及足够的穿透深度. 本文采用时域有限差分方法建立超宽带微波信号在三维乳房组织中传播的模型, 并采用单极德拜模型完成了生物组织色散特性的模拟. 利用8发9收的天线阵列实现微波肿瘤探测, 利用共焦成像算法对乳房组织进行图像重构并进行肿瘤定位. 仿真结果显示共焦成像算法能够实现最小直径3 mm的肿瘤的检测, 同时证实了超宽带微波成像技术应用于早期乳腺肿瘤检测的有效性. 关键词： 微波成像 肿瘤检测 时域有限差分 共焦成像算法     

早期乳腺肿瘤的超宽带微波稳健波束形成成像检测系统

提出了一种基于自主设计小型超宽带天线的微波稳健波束形成(RCB)成像肿瘤检测系统.仿真结果表明,该检测系统对肿瘤反射信号有很高的敏感度.在简单平面模型和核磁共振成像图(MRI)导出模型中进行仿真检测实验,并将天线阵列接收信号用RCB算法进行成像处理.从乳房重构图像中能够得到正确的肿瘤位置及大小信息,实现了平面模型中最小直径3 mm和MRI导出模型中最小直径4 mm的肿瘤检测,证实了该检测系统用于早期乳腺肿瘤检测的可行性.     

三维磁共振电阻抗成像的改进分层灵敏度算法

针对人体组织电导率的三维成像问题,提出一种改进的分层灵敏度磁共振电阻抗重建算法.利用单方向磁感应强度信息,对三维电导率图像实行分层重建,每层重建仅利用该层磁通密度分量测量数据,然后对单层重建结果进行修正以获得三维电导率重建图像.三介质长方体模型上的仿真实验证明,改进的分层重建算法改善了层间串扰现象,可以获得比一般分层算法甚至整体算法更高的图像分辨率,而且重建时间较整体算法显著减少;基于人体腿模型的仿真实验表明该算法对复杂模型三维重构的可行性;最后通过仿体实验验证算法的重建效果.改进的分层灵敏度重建算法降低了灵敏度矩阵法的计算机硬件需求,减少了重建时间,对MREIT的三维重建具有较高的成像精度和求解效率.     

基于单相机-双棱镜的小型三维指纹获取系统（英文）

提出了一种小型非接触式三维指纹获取系统.该系统采用单个CCD相机作为图像传感器,利用相机镜头结合双棱镜的成像装置在单帧CCD图像上获得立体图像对,再基于立体视觉原理重建三维指纹.整个系统封装后尺寸为12mm×12mm×10mm.基于该系统进行了指纹获取实验,测量的均方根误差为0.022mm.该系统操作简单且结构紧凑,为三维指纹的获取提供了一种小型化方案.     

基于单相机-双棱镜的小型三维指纹获取系统

提出了一种小型非接触式三维指纹获取系统.该系统采用单个CCD相机作为图像传感器,利用相机镜头结合双棱镜的成像装置在单帧CCD图像上获得立体图像对,再基于立体视觉原理重建三维指纹.整个系统封装后尺寸为12 mm×12 mm×10 mm.基于该系统进行了指纹获取实验,测量的均方根误差为0.022 mm.该系统操作简单且结构紧凑,为三维指纹的获取提供了一种小型化方案.     

用于层析粒子图像测速的模拟粒子场成像

对层析粒子图像测速(PIV)技术中示踪粒子成像部分进行理论分析,并结合真实风洞的相应参数,通过搭建模拟粒子成像平台的方法来进行研究。设计了一套体积为80 mm×100 mm×100 mm的激光照明系统,以提供粒子场的入射光强。建立了示踪粒子的三维成像模型,从而得到层析PIV系统的模拟图像。分析了影响PIV系统成像质量的相关因素。在单像素粒子数为0.007 7的情况下,通过真实粒子图像和模拟粒子图像比较,验证了该方法的正确性。     

基于深度变化成像模型的调整EM算法

在实际成像中,通常样本中的物质是变化的,故样本中不同位置的折射率不一样。由于三维样本的折射率与物镜所浸物质的折射率的不匹配,导致不同深度的点扩展函数可能不同。在此深度变化成像模型基础上应用最大期望(EM)复原算法能够提高图像清晰度,尤其是深度方向,但会丢失图像的一些微弱细节且出现一些孤立亮点,因此将调整EM算法运用到基于三维显微光学切片中成像随深度变化的图像模型上,此二者结合后的新算法可以避免上述缺点,较好地恢复图像微弱细节。     

基于一般成像模型的微小物体测量系统标定方法

通过利用光栅投影三维测量技术进行微小物体的三维重构,提出了基于一般成像模型的标定方法,利用标定板围绕固定轴转动的不同姿态进行标定并进行优化。所提出的标定算法既解决了一般成像模型变量多的问题,又不需要借助精密位移装置,简化了整个标定过程。与此同时,利用自卷积盲去模糊的方法解决远心镜头景深小带来的离焦,提高了摄像机的标定精度。标定和三维重构实验验证了该方法的可行性和准确性。在23.7 mm×17.78mm相机视场范围下系统测量精度达到了6μm。     

菲涅耳望远镜合成孔径激光成像雷达实验室验证

对菲涅耳望远镜合成孔径激光成像雷达进行了实验室尺度条件下的原理验证实验。实验中利用不同曲率半径、垂直正交偏振的两个球面波通过二维(2D)扫描方式照明远距离处的目标,接收望远镜接收到的目标回波经过偏振分光镜分成两束作为信号光和本振光进入2×4 90°桥接器,桥接器输出的四路光信号被两个平衡探测器接收,平衡探测器输出电信号经模数转换后经过复数化、两维相位二次项匹配滤波算法处理后可以重构出目标图像。对4.3m处点目标和2D面目标进行了成像实验,取得了具有良好成像分辨率和对比度且带有散斑效应的预期成像结果,证明了该合成成像激光雷达概念的正确性。     

高能电子三维成像技术实验研究

高能电子成像技术被首次提出作为温稠密物质和惯性约束聚变实验研究的高时空分辨诊断工具之一,现已通过前期实验证明其对中尺度科学诊断的可行性.为了进一步提高高能电子成像技术诊断样品的能力,来获取样品内部信息,将高能电子成像技术和三维重建算法结合,提出了高能电子三维成像技术.本文主要通过实验研究了高能电子三维成像技术的可行性.不同三维重建算法重建样品的结果首次证实了高能电子三维成像技术的可行性,使用的三维重建算法包括滤波反投影算法、迭代算法-代数重建技术和联立代数重建技术,最终重建的x,y,z方向上的不同重建切片图像清楚地显示了样品的详细结构.实验证实的高能电子三维成像技术将有利于拓展高能电子成像技术的应用领域,尤其是在中尺度科学领域.     

基于光场相机层析法的颗粒三维位置测量

利用光场相机采集颗粒图像,改进层析反演算法,可以快速准确地获得颗粒三维空间位置.基于光场相机成像原理,建立光线正向追迹模型,在此基础上对图像非零像素发出的光线进行反向追迹,实现非零像素与空间体素之间的映射,构建层析法反演颗粒三维位置的模型.根据提出的降维求解MART算法权重矩阵方法,结合相似三角形原理提高颗粒深度位置的反演精度.依据高斯Blob模型,将强度最大的体素中心位置作为反演的颗粒三维位置.实验证明改进型MART算法明显减少了计算时间及所需内存,x轴坐标误差为±0.16 mm,y轴坐标误差为±0.18 mm,z轴坐标误差为±1.8 mm,满足精度要求,更加适用于对计算速度要求较高的场合,具有良好实际应用价值.     

光子计数集成成像的压缩与重构

集成成像技术作为一种重要的裸眼三维显示技术,在完整记录三维场景信息的同时,庞大的数据量给传输和存储带来了压力。为了实现图像的有效压缩和重构,根据光子计数集成成像的特点,基于分布式压缩感知理论,提出用于图像压缩与重构的方案。该方案将图像分为参考图像和非参考图像两类,对其设置不同的测量率并分别进行重构。为保证非参考图像的重构质量,提出一种联合重构算法。该算法首先对非参考图像进行分块测量,依据与参考图像之间的相关性进行图像块分类,然后结合参考图像测量值信息构建新的测量矢量,利用新的测量矢量完成初次图像重构。为了进一步提升图像重构质量,对初次重构结果进行二次残差补偿重构,获得最终重构结果。最后通过设置不同的测量率进行了大量实验,实验结果表明,所提算法在测量率为0.25时,图像重构质量可以达到30 dB,测量率为0.4时,图像质量可以达到35 dB,算法性能具有一定的优越性。     

光学分层热成像法重建火焰三维温度场分布的研究

本文提出了用光学分层成像法（Optical Sectioning TOmography,OST）重建火焰三维温度场分布的理论和方法。用一个固定位置CCD摄像机分别聚焦火焰的不同截面,得到一系列的叠加火焰图像,对该组图像建立模型,采用图像反演算法,可以重建火焰不同截面的辐射分布。该测量方法实验设备简单,有一定的空间和时间分辨率。     

基于动态散斑的光学相干层析成像技术

在光学相干层析成像(OCT)技术中引入激光散斑的处理方法。首先在同一位置多次采集得到光谱信号,再对每个时刻所得光谱信号沿波矢方向进行傅里叶变换,解析得到同一位置每个时刻的OCT结构信息。然后对OCT结构信号沿时序方向进行傅里叶变换,得到散斑的频谱分布,最后在频谱区域中将动态散斑与静态散斑的比值定义为成像参数,以该比值构建的图像可以将样品图像中的流动区域凸显出来。仿体实验充分验证了该方法的可行性,将该方法用于鼠耳的血管区域提取并得到了鼠耳的三维血管图。     

高空间分辨率高可见度的太赫兹光谱成像研究

太赫兹光谱成像,不但包括在二维图像空间的强度信息,同时可以得到太赫兹波段的光谱信息,构成了一个三维的数据矩阵。由于受到太赫兹成像系统内部硬件的限制和影响,太赫兹频域较高频段处信号存在能量弱、信噪比低的特点,导致所成的太赫兹图像普遍存在分辨率低、对比度低等问题。因此,利用三维数据矩阵,应用适合的算法,实现了提高太赫兹光谱成像空间分辨率、边缘细节可见度的目的。搭建了三维可移动式太赫兹时域光谱成像系统,实现了对标准高分辨率板的二维扫描。对该系统所采集到的信号分别进行时域、频域等多种方式成像对比,结合瑞利判据和分辨率标尺对成像系统的空间分辨率、景深进行标定,研究了提高太赫兹光谱成像的空间分辨率算法。然后,针对太赫兹频域高频区域信噪比低、对比度低、噪声原因复杂的特点,结合深度残差学习的图像去噪理论,提出了太赫兹图像深度去噪网络,在训练集中引入成像系统中真实的“太赫兹残差噪声”。最后,利用所训练出的模型对太赫兹频域高频区域图像进行盲去噪,并用重建图像分别与原始成像结果和传统太赫兹去噪算法结果进行比较,分别从主观和客观两个方面评价了不同算法对太赫兹频域高频图像的去噪效果。实验结果表明,通过该算法实现...     

基于代数重建算法的高能电子三维成像研究

本工作将代数重建算法应用于新兴发展的高能电子成像技术开展三维成像研究,实现对样品靶物质内部结构信息的精确诊断。通过蒙特卡罗程序及粒子追踪程序模拟高能电子成像过程,包括电子束与靶物质相互作用过程,获得样品靶物质成像角度下的高能电子二维成像结果。利用代数迭代重建ART(Algebraic Reconstruction Technique)算法和滤波反投影算法分别进行了高能电子三维成像仿真测试,重建出靶物质的三维图像,并将两种算法重建的断层图像用图像评价指标进行了定量对比分析。结果表明:在投影角度数为180个的条件下,ART的重建结果更接近靶物质原图,能有效抑制伪影,图像保真度较高。为进一步验证模拟结果,展开了实际实验,得到的结论与模拟结果相同。本研究结果为后续高能电子三维成像重建算法的优化提供了依据。     

基于毛细管分光的同步辐射X射线立体成像

建立了一种基于同步辐射X射线的立体成像系统用于上海光源成像线站(BL13W)。该系统使用两个弯曲毛细管将同步辐射光引出并分为交叉的两束光,实验样品置于两束X射线交叉的位置,在其后一定距离处用成像探测器记录样品的两个投影。根据视差方程和相应算法计算出样品各组分的深度信息,得到样品的伪三维图像。与X射线计算机断层扫描技术相比,该方法成像的时间分辨率大大提升甚至接近单次曝光的时间,可以进行实时成像,并降低了样品受辐射的剂量。选用老鼠肝脏毛细血管的投影图像进行数值模拟,得到了理想的模拟效果。选取螺旋形金属丝在搭建的实验平台上进行立体成像,得到了初步的实验结果。螺旋形金属丝的立体信息可以清楚辨认。     

ICF中子针孔成像数值模拟研究

 在激光驱动的惯性约束聚变（ICF）实验中，中子针孔成像能够为不同靶丸设计的性能提供重要的诊断信息。为了能够在实验上获得较好的结果，需要实验前对各种针孔设计方案进行定性和定量的判断。成像的理论计算可简单分为针孔成像和图像解谱两部分，为了解决成像的针孔设计问题，基于蒙特卡罗方法建立了一套模拟中子针孔成像过程的程序，并且通过编写的图像显示程序可以直观地观察到记录介质所成的2维图像，同时可以对图像的某些参数进行判读。