人体腿部四层结构的红外热成像有限元分析

为研究人体红外热成像和体内肿瘤热源的关联,本文构建了包括骨层、肌肉层、脂肪层、皮肤层的人体腿部有限元模型。根据体内温度沿径向分布的特点,给出了各区域内动脉血液灌注热生成率随径向坐标变化的情况,解决了有限元建模中动脉血灌注热生成率随温度变化的非线性问题。进而用有限元方法数值计算了不同尺寸和不同深度的体内肿瘤所带来的温度变化。结果表明：在所研究的肿瘤尺寸范围内,肿瘤尺寸越小,体内温度提升越高,体表的峰值温度越高,体表温度分布半峰宽越窄,温度变化越陡峭。对于特定尺寸的肿瘤,肿瘤越深,体内峰值温度越高,体表的峰值温度越低,体表温度分布半峰宽越宽,温度变化越平缓。     

基于平行平晶的三步相干衍射成像系统

传统单光束多强度重建(SBMIR)系统中,多次平移图像传感器所积累的误差导致光电成像系统的成像效果及有效分辨率降低,为了解决这一问题。本文提出基于平行平晶的三步相干衍射成像系统,采取插入或抽取2块平行平晶的方法获取3个不同的衍射面,实现了对复振幅型物体的成像及恢复重建。数值模拟及实验表明,系统有效克服了SBMIR系统中数次平移的误差积累问题,且仅需记录3个衍射面,避免过采样。而且光学系统实现简便、可重复性高。     

无扫描激光三维成像雷达研究进展及趋势分析

无扫描激光三维成像雷达具有体积小、质量轻、高分辨率、高精度和对动态目标无失真成像等优点,目前已成为许多国家研究的重点和热点。本文阐述了闪光式、光子计数、增益调制型等7种无扫描激光三维成像雷达体制和距离选通成像技术的基本原理,追踪并归纳了其研究进展,对比分析了各体制的技术优劣,并从核心器件角度分析了发展趋势。结论如下:采用2D传感器在光学层面进行时间信息转换实现三维成像的方法具有高分辨率、高能量利用率和高信噪比等特点,在航天、测绘、军事、民用等领域具有突出优势和应用前景。     

超分辨率成像荧光探针材料应用进展

为了进一步认知复杂环境中的细胞生物学过程,研究人员发展了各种各样的生物成像技术。在这些技术中,生物荧光成像因简单的成像条件以及对生物样品的相容性而得到了广泛的发展。然而,传统的荧光成像技术受到了光学衍射极限的限制,无法分辨低于200 nm的空间结构,阻碍了对亚细胞结构的生物学过程研究。超分辨荧光显微镜技术突破了传统光学衍射对成像分辨率的限制,能够获取纳米尺度的细胞动态过程。除了对传统的宽场荧光显微镜框架的改进及升级改造之外,目前典型的超分辨成像显微镜技术通常依赖于荧光探针材料的光物理性质。常用的荧光探针材料包括荧光蛋白、有机荧光分子和纳米荧光材料等。本文介绍了几种主流的超分辨荧光显微成像技术并总结了已经成功应用到超分辨生物荧光成像中的荧光探针材料的应用进展。     

基于莫尔条纹原理的两种非接触光测量

激光莫尔条纹测量是一项非接触性测量的技术手段, 也是一项运用非常广泛的测量方法. 本文意在通 过研究激光莫尔条纹测量, 能够提供更加行之有效而精确度高的测量方法. 首先说明了莫尔条纹的形成原理, 其次 系统地介绍了一起实验的设计, 以及设计仪器的思路和构想, 最后整理实验的数据并分析后得出结论     

基于高光谱技术的土壤水分无损检测

利用高光谱成像仪(光谱范围400～1 000 nm)对土壤含水率进行了无损检测。比较了208个土样不同天数下土壤含水率与光谱变化、不同质量含水量光谱的差异;对比分析了不同光谱预处理方法、不同方法提取特征波长、采用多元线性回归(multiple linear regression,MLR)、主成分回归(principal component regression,PCR)与偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)建模,优选出最佳模型。结果表明：光谱曲线的反射率随着土壤含水率的增加而减小。当超过田间持水率时,光谱曲线的反射率会随着土壤含水率的增加而增大。对比分析了不同预处理方法,近红外波段优选出单位向量归一化预处理方法。采用无信息变量消除法(UVE)、竞争自适应加权采样(CARS)、β系数法、连续投影算法(SPA)方法提取特征波长为49,30,5和7。为了减少数据冗余,对UVE与CARS提取的特征波长进一步采用SPA方法进行特征提取,UVE+SPA,CARS+SPA提取特征波长数分别为5和8个。在此基础上,利用MLR,PCR和PLSR方法对400～1 000 nm范围的特征波长建立模型,对比分析不同建模效果,优选出β系数提取的特征波长的MLR模型。最优的特征波长为411,440,622,713和790 nm,最优模型的预测相关系数R_p=0.979,预测均方根误差RMSEP为0.763。因此,今后可采用不同波段对土壤含水率进行定量分析。     

利用一种偏振方法减小由强反射或弱反射强度引起的植被反演误差

无论是多角度遥感的发展、还是偏振、高光谱遥感的发展,它们有一个相同的目的,即利用电磁波的种种特性、以及空间特性来对地球表面的一切地物进行精确的识别。任何单一的方法和手段不可能完整地描述和反映地物的所有特征。偏振测量是目标测量识别技术中不可缺少的技术之一,并且成为近年来全世界目标识别领域中的研究热点。由于定量遥感的反射强度对植被遥感的影响不可忽视,反射辐射信号呈现饱和或过弱都不能被检测到。而偏振是植被定量遥感的重要手段,因而有必要开发一种克服由反射强度强弱引起的植被反演误差的方法,这也是我们目前的研究目标。如果反射的辐射信号太强或太弱,都会影响遥感的准确性,而来自植被的偏振光可以提供有用的信息,特别是当反射的辐射信号饱和时,使得传感器不能获得足够有用的非偏振信息。本研究采用基于地面的偏振成像光谱仪系统,开发了一种偏振方法来克服反射强度过强过弱引起的植被反演误差。利用FISS-P偏振成像光谱仪系统研究了反射强度对遥感植被NDVI和DoLP效用的影响,实验地点在北京市中国科学院奥林匹克科技园。在对目标采样时对反射率强,反射率弱以及反射率适中的植被分别测量,同时对目标植被的不同波段(470, 555, 670, 864 nm)的DoLP进行计算与分析。地基成像光谱仪系统(FISS-P)提供了具有偏振信息的高空间分辨率图像,我们可以确定在阴影和强反射区域中单个像素的光谱偏振特性。在成像光谱信息的基础上,利用光的偏振性来对地物的物理特性进行分析。本文使用斯托克斯分量来表征反射光的各个偏振分量,使用线偏振度(DoLP)表征反射光偏振程度。信号饱和度和阴影效应导致归一化植被指数(NDVI)植被密集程度非常低,造成严重的反演误差,然而强反射对线偏振度(DoLP)的影响不大。研究结果表明,反射辐射信号饱和时,偏振效应可以通过适当的频带提高植被的反演精度,平均NDVI的相对误差为33.8％,而DoLP(670 nm)的相对误差仅为6.3％,而其他波段的DoLP(555 nm,864 nm)的相对误差要大很多。这项研究结果表明,在植被识别时可以忽略强反射,然而,阴影(弱反射)效应是不容忽视的。FISS-P偏振成像光谱仪是用于计算具有不同反射强度的样品类型的偏振和非偏振参数的有效工具,同时发现在识别植被时,强烈的反射可以忽略不计,但是植被的阴影(弱反射)效应不容忽视。与非偏振方法相比,偏振效应可以提高反射辐射信号饱和时的植被反演精度。这项研究分析了使用偏振法强弱反射强度引起的误差减少。为了进一步揭示植被的阴影(弱反射)效应与DoLP之间的关系,还有一些问题需要解决。     

高倍聚光模组系统研究与设计

聚光系统的聚光效率和能量均匀性直接影响单位模组的发电效率。本文研究设计出高倍聚光模组系统,该系统主要包括菲涅耳透镜和球冠平顶微棱镜。采用中心波长修正法进行菲涅耳透镜的设计,并通过Zemax仿真模拟设计出球冠平顶微棱镜。最后通过Zemax模拟,决定选取两侧面夹角α的角度为117°,平顶到球面的间隔g为0.2 mm,球冠平顶微棱镜的曲率半径R为10 mm。聚光系统整体的聚光效率达99.8%,能量均匀度为0.812,并进行实验验证,得出实际聚光效率为83.1%。     

PGAI瞬发伽玛射线活化成像技术理想化模型的模拟

为了讨论PGAI技术分析的准确性,并验证冷中子和热中子应用于PGAI技术的可行性,通过蒙特卡罗模拟计算软件对PGAI技术理想化模型进行了研究,采用高准直的冷中子及热中子束和高纯锗探测器,对一块5 cm× 5 cm×1 cm均匀铁单质样品进行了模拟计算及图像重建,选取的等效体积大小为1 cm×1 cm×1 cm。结果显示:两种能量中子可以用于PGAI技术实现元素分布测量,但无论使用何种能量中子,由于物料体效应带来的中子自屏效应、中子散射效应以及伽马射线自吸收作用,即便在对均匀单质样品进行测量时,图像重建结果也无法保证各位置元素响应的一致性。因此,在后续工作中,需理清PGAI物理机制,建立相应的修正模型。     

数百千伏电压下杆箍缩二极管模拟

为了探索杆箍缩二极管(RPD)在冲击加载下物质低密度区成像应用中的可行性,开展了低电压(≤500 kV)运行条件下RPD箍缩物理特性模拟研究。基于Particle-in-cell(PIC)模拟方法,从二极管加载电压幅值、阴极盘厚度、阴阳电极孔径比等方面开展了二极管模拟,从电子箍缩效率、质子流、电子利用率、电场和磁场分布等角度对箍缩物理过程进行了分析。模拟表明:低电压运行条件下普通结构二极管电流较低,不能为电子提供足够的磁场力从而导致较低的电子箍缩效率;采用组合杆结构,并优化阳极杆到轫致辐射靶区的过渡区设计,是在低电压条件下实现小焦斑、高剂量辐射光源的值得探索的技术途径。