基于泽尼克多项式的显微镜点扩展函数研究

在计算光学切片显微成像(COSM)的非盲图像复原中,准确获取系统点扩展函数对图像复原质量和复原结果的稳定性有重要影响.显微镜系统的点扩展函数的获取通常有两种方式:数值计算和物理测量.数值计算运算量大,涉及的参数较多且难以准确估计,因而在实际应用中具有一定的局限性;物理测量得到的点扩展函数最能真实体现显微镜系统的光学特性,但其存在着信噪比(SNR)低的缺点,使用之前必须对其进行预处理.针对物理测量得到的点扩展函数详细讨论了如何运用扩展Nijboer-Zernike理论(ENZ)来对测得的点扩展函数进行重建.实验证明,该方法能快速准确地重建显微镜的三维点扩展函数,提升其信噪比.     

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BP神经网络的闪光照相图像复原

针对闪光照相系统模糊较大、成像信噪比较低的问题,提出了一种基于BP神经网络的闪光照相图像复原方法。该方法利用BP神经网络的泛化能力,用样本图像对网络进行训练,建立退化图像与真实图像之间的非线性映射关系,然后将待复原图像分区,利用训练好的BP神经网络对待复原图像的边界区域进行复原处理。数值试验表明,在系统点扩展函数未知的情况下,该算法能较好再现图像边缘信息,复原出的图像在信噪比和视觉方面都有较大提高。     

基于大气相干长度的湍流模糊图像复原

利用地基光学望远镜观测空间目标时,大气湍流是影响成像质量的主要因素。由于大气湍流引起成像波面的畸变,导致望远镜所获得的图像模糊。为了从模糊图像中复原出目标的原始图像,提出了一种基于大气相干长度的湍流点扩展函数估计方法,进行了理论推导,并利用Sobel方法对迭代相同次数后的盲卷积复原图进行像质评价,找出像质评价结果峰值处对应的大气相干长度;再将此值代入点扩展函数的估计公式中,得到点扩展函数更加准确的估计;然后利用此点扩展函数对湍流模糊图像进行盲卷积图像复原,最后得到目标的复原图像。从多种像质评价结果来看,该方法无需测量大气相干长度,且复原效果较理想。     

盲图像复原研究现状

盲图像复原是在未知或不完全确知相关原始图像与成像点扩展函数的先验知识的情形下,利用所观测到的降质图像对原始图像和点扩展函数进行估计的一种图像处理方法。本文对近年来涌现出的主要盲图像复原算法进行了回顾,并根据相应的理论来源及相互联系将其划分为四大类,对各类复原算法及其改进算法进行了分析和讨论,为更清晰与深刻地认识和理解盲图像复原理论、解决实际图像降质问题提供参考。     

盲图像复原研究现状

盲图像复原是在未知或不完全确知相关原始图像与成像点扩展函数的先验知识的情形下,利用所观测到的降质图像对原始图像和点扩展函数进行估计的一种图像处理方法。本文对近年来涌现出的主要盲图像复原算法进行了回顾,并根据相应的理论来源及相互联系将其划分为四大类,对各类复原算法及其改进算法进行了分析和讨论,为更清晰与深刻地认识和理解盲图像复原理论、解决实际图像降质问题提供参考。     

基于能量分布的显微成像系统3D-PSF选取方法

在数字共焦显微技术的图像反卷积复原中,三维点扩展函数(3D-PSF)空间大小的选取与图像复原效果有密切的关系。依据显微镜三维成像原理以及3D-PSF模型,分析了显微镜3D-PSF的能量分布和3D-PSF空间大小的关系,提出了一种通过复原效率与能量关系曲线拐点进行能量阈值确定,以实现3D-PSF空间大小选取的方法。模拟了生物光学显微镜3种不同数值孔径(放大倍数)物镜下图像的采集和3D-PSF的生成,获取不同能量大小3D-PSF对细胞三维仿真图像的反卷积复原结果。提出的方法为三维显微图像反卷积复原中3D-PSF的自动选取奠定了基础。     

高效双螺旋点扩展函数相位片的设计与实验研究

双螺旋点扩展函数具有随离焦连续旋转变化的特性, 结合单分子定位方法可用于厚样品三维超分辨成像及分子定位追踪研究. 但双螺旋点扩展函数不足之处是光能利用率低, 对于光子数受限的荧光显微成像而言其应用受限. 本文通过对双螺旋点扩展函数在空域、频域和拉盖尔-高斯模式面等三个不同域中进行约束优化. 模拟结果表明, 优化后的双螺旋点扩展函数的光能效率提高了30多倍. 同时, 基于最优设计方案制备了相位片, 并实验验证了该设计的正确性. 与文献报道相比较, 本文结果在成像深度和光能利用率方面都有所改善. 关键词： 双螺旋点扩展函数 超分辨成像 轴向定位 优化算法     

超衍射成像中 双螺旋点扩展函数的三维定位精度

开关效应和单分子定位的结合可以实现样品的超衍射分辨成像, 双螺旋点扩展函数将单分子定位纳米分辨从二维扩展到了三维.本文对双螺旋点扩展函数的三维定位精度展开了探讨.首先, 基于费希尔信息量, 计算了双螺旋点扩展函数的无偏估计, 得出其理论定位精度, 并分析了光子数、背景噪声以及有效像元尺寸大小对其定位精度的影响; 其次, 基于单分子定位实验过程中对于数据分析通常采用的高斯拟合质心定位算法, 通过误差传递函数定律求得双螺旋点扩展函数的轴向定位精度.计算机模拟结果表明, 在光子数大于1000的条件下, 高斯拟合质心定位精度和费希尔信息量理论定位精度符合较好. 本文的讨论不仅为双螺旋点扩展函数的三维定位精度提供了理论依据, 同时也可为实验提供理论指导. 关键词： 双螺旋点扩展函数 费希尔信息量 定位精度 高斯拟合     

红外目标湍流退化图像的优化复原算法

提出了基于最速下降法的湍流退化图像盲目复原算法。将图像转换到频域中，建立一个基于目标图像和点扩展函数频谱的目标函数，通过迭代方式采用最速下降优化方法来极小化该目标函数，并利用傅里叶变换和反变换将目标图像和点扩展函数在频域和空域之间进行变换，在每次迭代中交替加入约束条件进行反复修正，以便取得预期的图像恢复效果，增强算法的稳定性和抗噪能力。针对红外目标湍流退化图像，在微机上对算法进行了一系列复原验证实验。实验结果表明：该文算法复原效果稳定，抗噪能力强，具有实用价值。     

飞秒激光在三维微细体系中的应用

飞秒激光的超快特性使其能以极低的脉冲能量获得超强光场,并且激光加照区淀积的能量能以通过热扩散途径逸出辐照区域,其与透明物质相互作用是通过双光子或多光子吸收过程实现,故作用区限域于焦点核心很小体积内,因而在三维微制备及生物医学领域有着独到优势。文章介绍了飞秒激光应用于微爆炸、高密度三维光学数据存储、直写光波导及三维光子晶体制备、生物医学工程等方面的最新进展。飞秒激光三维微制备技术在微电子、计算机、光通信、生物医学等高技术领域有着广阔的应用前景。     

电磁多极场的分析和计算

多极系统是由几个对称地放置在方位角方向上、并具有一定电(磁)位的电(磁)极所组成的系统。它们所产生的非旋转对称场称为多极场。多极场是一种广泛类型的电磁场。例如包括了各种偏转场,四极、六极、八极透镜场等。它们在电子束器件、电子光学仪器和高能加速器中得到广泛应用。本文采用傅里叶展开法将求解空间(三维)的电磁多极场问题化为求解一系列的二维谐波电(磁)位的问题。这些谐波电(磁)位满足一定的二阶偏微分方程,在一定的边界条件下,可以采用逐次张弛方法进行求解。然后将谐波电(磁)位迭加,便得到所要求的多极场的电(磁)位分布。编制了计算电磁多极场的通用程序。对于几种典型的多极场模型(单个和二单元的四极透镜,以及圆柱环形偏转线圈等)进行了计算与检验。计算实践表明,这种傅里叶展开法适用于计算电子束器件和各种电子光学仪器中的多极场,并可算出其边缘效应(弥散场),因此具有一定的意义。 关键词：     

隔板截面形状对旋转冲压压缩转子性能的影响

本文采用三维雷诺平均N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型,在设计工况下对3种具有不同隔板截面形状的旋转冲压压缩转子进行了数值研究.计算结果表明:旋转冲压压缩转子进气流道内主要存在三道曲线激波对气流进行压缩;隔板截面形状对激波及气流流动影响较大,隔板截面形状为"正梯形"时,旋转冲压压缩转子具有较高的效率和...     

基于虚拟仪器的扁钢内部缺陷超声三维成像方法研究

超声三维成像技术因其能够提供人体结构的立体信息,而被广泛的应用于医学诊断领域。然而,由于计算量大、成本高、速度慢,工业构件的超声三维成像技术却鲜见报道。弹簧扁钢是国民经济建设的重要钢材品种之一,通过超声三维成像技术测量扁钢内部缺陷的三维分布对于提高扁钢质量控制能力具有重要作用。为提高三维成像效率及降低成像系统的研发周期,提出高效的数据采集及三维图像重构方法,并基于虚拟仪器技术开发了三维图像重构软件。研究结果显示,基于超声水浸聚焦分层C扫描的数据提取方法能够满足三维成像的要求,所提出的数据重构方法及基于虚拟仪器的三维成像软件能够准确重构扁钢内部层片状缺陷的三维分布,是弹簧扁钢内部缺陷评价的有效方法。     

Theory of magnetic oscillations in Weyl semimetals

Weyl semimetals are a new class of Dirac material that possesses bulk energy nodes in three dimensions, in contrast to two dimensional graphene. In this paper, we study a Weyl semimetal subject to an applied magnetic field. We find distinct behavior that can be used to identify materials containing three dimensional Dirac fermions. We derive expressions for the density of states, electronic specific heat, and the magnetization. We focus our attention on the quantum oscillations in the magnetization. We find phase shifts in the quantum oscillations that distinguish the Weyl semimetal from conventional three dimensional Schrödinger fermions, as well as from two dimensional Dirac fermions. The density of states as a function of energy displays a sawtooth pattern which has its origin in the dispersion of the three dimensional Landau levels. At the same time, the spacing in energy of the sawtooth spike goes like the square root of the applied magnetic field which reflects the Dirac nature of the fermions. These features are reflected in the specific heat and magnetization. Finally, we apply a simple model for disorder and show that this tends to damp out the magnetic oscillations in the magnetization at small fields.     

An Investigation of Three-Dimensional Construction Methods in the Micromachining of Silicon Surfaces with an Ultraviolet Laser

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎｍｉｃｒｏｏｐｔｉｃｓ，ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓｒｅｑｕｉｒｅｎｏｖｅｌａｎｄｕｎｉｑｕｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｔｏ...     

三维非结构网格自动生成

采用各向异性平面非结构网格生成技术对曲面的参数平面进行三角剖分,从而得到曲面的非结构网格,作为三维非结构网格的边界网格.应用推进面法生成网格内点,增量法将生成的内点逐点插入现有网格进行网格细化,得到三维计算域的Delaunay非结构网格.讨论了非结构网格质量优化方法.给出几个算例说明方法的应用.     

The contribution of synchrotron X‐ray computed microtomography to understanding volcanic processes

A series of computed microtomography experiments are reported which were performed by using a third‐generation synchrotron radiation source on volcanic rocks from various active hazardous volcanoes in Italy and other volcanic areas in the world. The applied technique allowed the internal structure of the investigated material to be accurately imaged at the micrometre scale and three‐dimensional views of the investigated samples to be produced as well as three‐dimensional quantitative measurements of textural features. The geometry of the vesicle (gas‐filled void) network in volcanic products of both basaltic and trachytic compositions were particularly focused on, as vesicle textures are directly linked to the dynamics of volcano degassing. This investigation provided novel insights into modes of gas exsolution, transport and loss in magmas that were not recognized in previous studies using solely conventional two‐dimensional imaging techniques. The results of this study are important to understanding the behaviour of volcanoes and can be combined with other geosciences disciplines to forecast their future activity.