使用背照减薄型CCD的色散型超光谱成像光谱仪中近红外波段干涉条纹现象的研究与校正

使用背照减薄型CCD器件的色散型超光谱成像光谱仪在近红外波段会出现条带状干涉条纹,严重影响其在近红外波段附近的光谱分辨率。为解决该现象,建立了类似于法布里-珀罗干涉仪的多光束干涉模型,估算出700~900 nm范围内干涉条纹的强度分布并以实测数据对该模型进行了验证,分析了CCD光敏区厚度和干涉现象之间的关系。在此基础上,采用包括频域滤波在内的改进的平场校正算法,对干涉条纹的图像进行了校正,在751.83～1 010.04 nm的范围内,校正效率达到96.6%,试验结果表明,该算法可有效的消除超光谱成像光谱仪近红外波段上的干涉条纹现象,提高光谱分辨率。     

用于人眼视网膜成像照明的激光消散斑技术研究

以近红外激光(808 nm)作为人眼波前像差探测的信号光和视网膜成像的照明光,液晶空间光调制器(LCOS)作为波前校正器,用哈特曼波前探测器探测人眼像差,构建了人眼像差自适应校正的视网膜成像系统.利用模拟眼分析了激光散斑对相机成像的影响和对哈特曼波前探测器进行像差探测的影响,同时验证了利用旋转散射体的方法消除激光散斑的可行性和有效性;用活体人眼进行了激光消散斑前后照明视网膜进行成像的对比实验,并进一步利用自适应光学技术实现了对人眼像差的动态校正和视网膜细胞的连续成像.校正后,系统波前像差的均方根值小于0.1λ.实验表明激光消散斑后可以同时作为人眼像差探测的信号光和视网膜成像的照明光,从而可以进行连续自适应校正和成像.     

多路CCD成像非一致性动态校正新方法

在多路CCD成像结构中,由于影响各路成像参量不一致的因素较多,常规校正方法变得复杂和困难。在分析多路CCD成像机理的基础上,提出了一种利用小波变换的多路CCD成像非一致性动态校正新方法,即在分析同一目标成像中异路图像像元特性差异的基础上,利用小波变换构筑校正因子对后续的CCD捕获图像进行校正。为满足实时校正的需要,研究了动态条件下成像校正的时效性,分析了不同小波的动态校正效率。实验结果表明,校正后同一目标异路图像相关值为0．9975,Symlet3小波在两路及多路成像校正中均具有较高效率;在多路成像中,Symlet系列小波相对于其它类型小波校正效率相对突出。此方法为多路CCD成像非一致性在线校正提供了有效的途径。     

双变形镜人眼视网膜高分辨率显微成像系统

如何有效校正随人群起伏很大的人眼像差,提高视网膜高分辨率成像技术的人群适用范围是临床应用面临的最大难题。现有的单一波前校正器无法同时清除高阶和低阶视觉像差。针对人眼高阶像差校正需求,研制成功了169单元3 mm极间距分立式压电变形镜,并与大行程Bimorph变形镜组合,建立了一套双变形镜的人眼视网膜成像系统。系统可实现对离焦小于±4.5 D、散光小于±3.0 D的低阶像差及前8阶Zernike像差的有效校正,极大地提高了系统的人群适用范围和成像质量。以低阶像差大小作为入选标准,进行小样本量人眼视网膜成像实验,获得了近衍射极限的视网膜图像。该系统适用范围明确,便于后续临床应用。     

开环双脉冲液晶自适应光学视网膜成像系统

为了获得高分辨率视网膜图像,利用液晶空间光调制器作为波前校正器建立了一套开环液晶自适应光学视网膜成像系统。与闭环模式相比,采用开环模式后,系统的能量利用率提高了1倍。系统采用双脉冲照明方式,以减少人眼曝光量,保护人眼安全。在照明光学系统中加入了大小视场切换装置使成像视场由之前的0.8°增至1.7°。同时优化了系统的时序控制流程,对人眼像差连续校正的同时快速调节成像相机的前后位置至最佳像面。对于开环模式对动态人眼像差的校正精度进行了测量,实验测得,经开环校正后,残差波面的均方根值约为0.09λ;相应的斯特雷尔(Strehl)比高于0.70,系统分辨率接近光学衍射极限的分辨率。对两名志愿者进行了实验,获得了清晰的眼底视网膜细胞图像。     

双树复数小波变换的视网膜图像半盲解卷积复原

针对导致自适应光学视网膜图像降质退化的原因,提出了一种结合双树复数小波变换(DTCWT)和图像半盲解卷积复原算法的方法。首先,对经过自适应光学实时校正技术得到的视网膜图像进行DT-CWT分解,得到低频和高频部分应的图像。将自适应光学成像系统中残余像差重建的光学传递函数作为图像复原模型的初始估计点扩散函数(PSF),并对低频部分图像进行条件约束的迭代半盲解卷积复原;对高频部分的图像进行去噪处理。最后,将处理后的高频和低频部分图像进行双树复数小波逆变换,获得复原图像。实验和结果表明:由该方法处理的视网膜细胞图像质量得到明显提高,图像客观质量评价参数相对于原始图像提高了5倍多;在视网膜细胞的空间频率范围内(70~90(°)~1),复原图像功率谱平均值提高了5倍左右,有助于对视网膜细胞的高分辨率观察。     

液晶自适应光学视网膜校正成像技术研究

为了实现对人眼视网膜的高分辨率成像,解决偏振能量损失、成像视场小和普适性差等问题,对液晶自适应光学技术及其在人眼视网膜成像中的应用进行了研究。通过开环光路的设计方案,避免了闭环液晶自适应系统的偏振光能量损失;在光路中加入可变视场光阑,利用小视场照明进行波前探测、大视场照明进行像差校正和成像的方法扩大了成像视场;使用脉冲光照明的方案减小曝光量;通过偏振光照明提高能量利用率、等效无穷远视标配合补偿镜以及改进后的视标提高盯视稳定性等一系列方法,提高系统普适性。校正后成像的清晰度和对比度获得了明显提高;高分辨率眼底成像视场直径从200μm扩大到500μm;曝光量减小到原来的1/2~1/3;对前期难以获得清晰成像的样本,取得了效果良好的视网膜视觉细胞自适应图像。     

液晶自适应光学视网膜校正成像技术研究

为了实现对人眼视网膜的高分辨率成像,解决偏振能量损失、成像视场小和普适性差等问题,对液晶自适应光学技术及其在人眼视网膜成像中的应用进行了研究。通过开环光路的设计方案,避免了闭环液晶自适应系统的偏振光能量损失;在光路中加入可变视场光阑,利用小视场照明进行波前探测、大视场照明进行像差校正和成像的方法扩大了成像视场;使用脉冲光照明的方案减小曝光量;通过偏振光照明提高能量利用率、等效无穷远视标配合补偿镜以及改进后的视标提高盯视稳定性等一系列方法,提高系统普适性。校正后成像的清晰度和对比度获得了明显提高;高分辨率眼底成像视场直径从200 μm扩大到500 μm;曝光量减小到原来的1/2~1/3;对前期难以获得清晰成像的样本,取得了效果良好的视网膜视觉细胞自适应图像。     

高清折反式视频显微镜

为了实现对细胞工厂中细胞的实时监测,设计一款高分辨率、长工作距离的视频显微镜。采用卡塞格林式物镜与折射式显微系统相结合的设计方法,在反射式系统中加入厚弯月形透镜补偿系统产生的像差,缩短光学系统的横向尺寸,校正像差。针对被观察细胞的具体特征,设计了一种工作距离100mm、分辨率1.2μm、线视场2mm的视频显微镜,达到高清水平,系统很好地校正色差、球差、场曲和畸变,达到了平场消色差显微镜的要求。实现对细胞状态的高清实时监测。     

高准确度光电成像测量系统图像畸变校正算法

在以CCD为核心器件的光电成像测量系统对物体进行线度测量中，成像光学系统的固有特性使得数字图像存在畸变，根据像差理论建立了三次多项式的畸变校正模型，分析比较了不同的灰度重建方法的优缺点，进行了双线性插值的灰度重建.对一种校正图像进行了噪音点滤除，进行了仿真实验.校正后的图像可用于高准确度的成像测量.     

高帧频紧凑型自适应光学扫描激光检眼镜

基于自适应光学(AO)像差校正技术的激光共聚焦扫描检眼镜是当前研究的热点,为眼底疾病早期诊断提供有力的支持。利用可连续变形镜和夏克-哈特曼探测器为核心器件搭建了一套高帧频紧凑型自适应光学扫描激光检眼镜(AOSLO)系统,系统物理尺寸为350 mm×400 mm,图像采集帧频为40 fps,分别进行了系统分辨率测试与人眼视网膜成像初步实验。结果表明,系统人眼视网膜面上的分辨率可达到2.50μm,达到极限分辨率(2.32μm),可实现细胞量级高分辨率成像,自适应光学系统能够校正人眼像差,校正前后图像质量有明显的提高,能清楚地观察到人眼视网膜视盘附近的血管以及黄斑区细胞图像。     

全息光栅拼接系统中的像差补偿法

全息光栅拼接参数需要用参考干涉条纹来检测。系统像差会造成干涉条纹扭曲,产生光栅拼接误差。为补偿像差造成的光栅拼接误差,对像差与干涉条纹扭曲量之间的理论关系进行了研究,利用计算机模拟了参考干涉条纹图像,并将光栅拼接误差预调制到参考干涉条纹图像中。为验证该方法的有效性,在曝光系统像差峰-峰值为0.72λ的情况下进行了光栅拼接实验,在光栅拼缝处像差造成-1级衍射波面最大突变量为0.36λ。利用预制参考干涉条纹图像作为拼接参考时,其最大突变量为0.097λ。实验结果表明,在曝光系统像差较大的情况下,干涉条纹预制法能够有效地控制光栅拼接误差。     

光学系统像差与光场干涉对激光参量测量精度的影响

研究了采用面阵CCD探测器测量光束参量的技术问题,研制了一套高精度激光参量测量系统,对其光学系统像差与光场干涉原因进行了理论分析,实验测量了连续抽运1064nm固体模式发生器产生的基模厄米高斯光束,分析对比了其输出光束带有干涉条纹时对测量精度的影响,对光学系统的设计提出了具体技术要求,为同类装置的研制提供了参考依据。     

图像平场校正方法的扩展应用研究

对于图像阵列探测器而言,由于各像元响应的不一致使得所获图像中各像元灰度存在差异（响应的非均性现象）,而图像的平场校正可以非常有效地消除图像中各像元响应的不一致性.如果将图像背景或光路中影响成像的一些因素在一定程度上看作是图像探测器的响应,认为它是响应非均匀的组成部分,根据平场校正的原理对其进行处理,则可以获得较好的效果.     

干涉成像光谱仪CCD象元响应非均匀性校正研究

在阐述一般成像系统中CCD象元响应非均匀性校正的原理与算法的基础上,通过对星载可见光干涉成像光谱仪CCD象元响应非均匀性校正的相对辐射定标原理及所获定标数据的深入分析,研究出了一种适于对可见光及红外干涉成像光谱仪系统CCD象元响应非均匀性进行校正的方法,有效解决了干涉成像光谱仪系统探测器阵列非均匀性校正这一工程技术难题.     

基于像清晰化函数最优化的高速机载相机动态像质补偿技术

为满足高速飞行器对目标快速识别和打击的需求,针对大观测场高速机载光电探测系统像质退化严重、像质补偿元件机构复杂、像差校正实时性较差的问题,提出采用可变形反射镜作为动态像质补偿器对传统高速动态成像光学系统像质进行补偿和改进.利用基于像清晰化函数最优化的自适应光学动态像质补偿技术的优化算法对系统动态像差进行闭环实时校正,通过仿真对所提出的方法进行可行性分析和验证.仿真结果表明:与校正前相比,该校正方法使光学系统在60°大角度观测场内泽尼克动态像差变化量的峰谷值最大下降17.5%,点列图弥散斑均方根半径降低至10.61%,校正后的系统残余像差小,在整个观测场内,像质均接近光学衍射极限.     

用于活体人眼视网膜观察的自适应光学成像系统

利用自适应光学技术,研制了两套活体人眼视网膜高分辨力成像系统,在实时校正人眼波前误差的基础上,实现活体人眼视网膜细胞尺度的高分辨力成像。这两套系统分别采用19和37单元小型压电变形反射镜作为波前校正元件,哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器测量波前误差,用眼底反射的半导体激光作为波前探测的信标。在用计算机控制自适应光学系统实现人眼波前误差校正后,触发闪光灯照明视网膜,用CCD相机记录视网膜的高分辨力图像。校正后的残余波前误差的均方根值已分别小于1／6和1／10波长,相当于视网膜上成像分辨力分别为3．4μm和2．6μm,接近衍射极限。试验表明37单元系统的成像质量更好。     

一种成像式亮度计校正方法北大核心CSCD

采用图像传感器的成像式亮度计可通过短焦距成像物镜实现大视场和空间分辨的亮度测量,但仍存在图像传感器像素非线性响应,短焦物镜产生的强烈渐晕效应及图像边缘畸变等问题。因此提出了一种成像式亮度计校正方法,利用标准辐射源法进行线性校正与平场校正,以获得线性修正系数和平场校正矩阵,通过几何坐标标定法获得畸变校正矩阵。采用焦距为12 mm的物镜及200万pixel的图像传感器搭建了成像式亮度计,经校正后完成了液晶显示屏发光亮度测量,与商用分光辐射亮度计进行了对比测试,测量相对误差不超过±2%,实现了大视场高精度空间分辨亮度测量。     

多光束扫描成像系统的像差分析

根据几何光学理论,志出多光束扫描成 综合像差方程,分析了导致离轴扫描线像差的入射光线与成像系统光轴夹角、转镜面数等因素,并研究了各单项偈关工的权重因子。基于上述多光束扫描成像的综合像差方程,分析并给出了校正离轴扫描线像差的特殊透镜所应具备的预畸变因子。     

高速线扫描共焦检眼镜

高速线扫描共焦检眼镜使用线光束照明眼底视网膜,同时利用线阵CCD对视网膜平面的单次散射线光束探测成像。系统光学放大率为7倍,横向分辨率小于10μm,对于58kHz线频的1024pixel×512pixel成像模式,成像帧频高达110frame/s。该系统实现了高分辨率、高帧频模拟人眼实验图像的获取。