穆勒矩阵成像椭偏仪误差源的简化分析方法

针对穆勒矩阵成像椭偏仪的系统误差源提出一种简化分析方法,将光强曲线的理想傅里叶级数系数组与实际系数组进行近似匹配,建立穆勒矩阵测量误差与误差源参数之间的线性模型。针对解析式复杂的随机方位角误差,从统计学角度提出了一种等效噪声模型以分析其对测量结果的影响。采用上述简化方法系统分析了椭偏仪的6种系统误差源和2种随机误差源对穆勒矩阵测量结果的影响,并以一个典型光刻投影物镜的穆勒光瞳为检测对象,进行了检测仿真。仿真结果验证了所提方法分析的准确性。     

基于穆勒矩阵的模拟溢油样品荧光偏振特性研究

为了对模拟溢油样品在不同偏振态激发下诱导荧光的偏振特性进行研究,借鉴了穆勒矩阵椭偏仪的原理和结构,搭建了基于旋转波片原理的模拟溢油样品激光诱导荧光椭偏实验装置。通过特征值校准方法对该装置进行校准,获得了宽波段下偏振状态调制矩阵W(λ)和偏振状态分析矩阵A(λ)的确切调制状态,并基于荧光光谱强度矩阵Flu(λ)分别建立了轻、中、重质原油样品和柴油样品的荧光穆勒矩阵。通过极化分解方法对荧光穆勒矩阵进行分解后发现,不同样品荧光光谱的退偏振性质差异十分显著。柴油样品荧光穆勒矩阵的退偏振系数Δ(λ)没有明显的波长响应性,在荧光光谱范围内始终保持较高的退偏值,而三种原油样品的退偏系数Δ(λ)则随波长增大逐渐上升,其中,中质原油样品退偏系数随波长的变化幅度小于重质样品,超过轻质样品;就不同样品的退偏值来看,轻质原油样品最高,重质样品最低,中质原油样品介于二者之间,柴油样品的荧光退偏值略低于轻质原油样品,介于轻质和中质原油样品之间。将基于荧光穆勒矩阵极化分解后的结果与线偏振激发下样品荧光光谱的正交偏振实验结果进行对比,发现两种实验方法获得的退偏系数具有较高的吻合程度。实验还发现,四种模拟溢油样品荧光穆勒矩阵所包含的双向衰减和相位延迟性质都很微弱,不具有明显的差异。     

离轴三反望远物镜的穆勒矩阵测量

搭建了一种大口径反射式物镜的穆勒矩阵测量系统,建立了该测量系统受温度影响的数学分析模型,推导出对应的系统参数求解方程,获得准确的系统参数,最终实现三反物镜的穆勒矩阵测量。通过对延迟器进行温度测量和补偿,提升了测量结果的准确性,得到三反物镜的双向衰减和相位延迟量,与CODE V仿真理论值基本吻合,分别差0.0002、0.5211°。利用所提方法测量的穆勒矩阵各因子的合成标准不确定度≤0.0006,对相机偏振测量精度的影响≤0.0038@p=1.0(p为偏振度),因此所提方法可作为一种高精度的偏振定标方法。     

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.     

基于双折射晶体的快拍穆勒矩阵成像测偏原理分析

针对传统穆勒矩阵成像测偏仪包含活动部件,需进行多次测量,容易产生测量误差,不能对运动目标或动态场景进行同时、实时测量等问题,提出了一种以改进型萨瓦偏光镜为核心分光器件的快拍Mueller矩阵成像测偏技术(MSP-SMMIP).它不含任何活动部件,能通过单次快拍测量获取目标强度图像和全部16个穆勒矩阵阵元图像.它主要由偏振态产生和偏振态分析两部分组成,偏振干涉条纹通过偏振态产生光路后定位于测试样品上,随后这些条纹通过空间载频将样品的Mueller矩阵分量编码,经偏振态分析光路成像于焦平面上.采用斯托克斯矢量-穆勒矩阵形式阐明了光场偏振态被MSP-SMMIP调制的过程,给出了其像面干涉图表达式,讨论了Mueller矩阵反演和系统定标的方法.基于CCD相机参数分析了系统的光学指标.通过数值模拟实验给出模拟测量结果,通过定性和定量评价测量结果表明该系统的可行性.MSP-SMMIP技术具有稳态、快拍、结构简洁、易定标、可同时实时获取目标强度图像和全部Mueller矩阵阵元图像的显著特点.     

利用表面散射光偏振差异的目标识别技术

分析了不同物体散射场偏振特性的差异,依据消光定理的矢量微扰解方法将物体散射场分为零阶和高阶解,零阶反射光可完全保持入射光的偏振度,高阶散射则会导致偏振度的降低,因而总散射光的偏振度依赖于散射表面的粗糙程度。提出了利用斯托克斯-穆勒体系测量物体消偏特性的方法并通过实验对一些物体作了测量,实验结果表明：光滑表面可以较好地保留入射光偏振度,而粗糙表面则有很强的消偏作用,因此偏振成像方法可有效地提高目标探测和识别效率。     

利用表面散射光偏振差异的目标识别技术

 分析了不同物体散射场偏振特性的差异,依据消光定理的矢量微扰解方法将物体散射场分为零阶和高阶解,零阶反射光可完全保持入射光的偏振度,高阶散射则会导致偏振度的降低,因而总散射光的偏振度依赖于散射表面的粗糙程度。提出了利用斯托克斯-穆勒体系测量物体消偏特性的方法并通过实验对一些物体作了测量,实验结果表明：光滑表面可以较好地保留入射光偏振度,而粗糙表面则有很强的消偏作用,因此偏振成像方法可有效地提高目标探测和识别效率。     

基于成像矩阵的物数据求解方法

提出了一种利用成像矩阵求解物数据的方法。通过对物、像矩阵的一维化处理,构建了二维成像矩阵,将物矩阵卷积点扩散函数矩阵得到像矩阵的卷积运算关系转变为物向量乘以成像矩阵进而得到像向量的乘积运算关系。最后将像向量乘以成像逆矩阵便可求解物向量,实现了从光学系统像数据中对物数据的精确求解,且计算误差为10-12量级。     

乳腺组织的衍射增强成像

为了探讨X射线衍射增强成像(DEI)技术在乳腺癌早期诊断中的价值,利用北京同步辐射光源4W1A束线引出的硬X射线, 对大块的正常乳腺组织和癌变乳腺组织进行X射线衍射增强成像,并对DEI中获得的不同图像以及正常组织和癌变组织的DEI图像进行对照分析.结果显示: 在摇摆曲线顶部位置获得的图像(衍射图像)清晰度比较高,能够很好地反映出软组织中的结构. 表观吸收图像与传统的乳腺X光照片基本相似, 但分辨不同的软组织有一定的难度, 分辨的能力也不如衍射图像; 而折射图像能够很好地显示出正常乳腺组织和癌变乳腺组织中腺体的形状、大小、分布和结构上的差异. 因此, DEI技术在乳腺癌的诊断上有较高的价值, 可作为常规诊断手段的重要补充.     

癌变组织的光声光谱研究

报道了用双光束光声光谱技术对上种癌变组织研究的结果，发现在６３０ｎｍ处有一明显的吸收峰，该吸收峰在正常组织的光声光谱中不出现。这对癌症的光谱诊断和激光治疗提供了有价值的光学资料。     

基于偏振敏感光学相干层析术的人体组织退偏特性在体测量方法

报道了一种基于偏振敏感光学相干层析术的人体组织退偏特性在体测量方法.以人体手指指甲为样品,采用基于斯托克斯矢量的测量方法和基于宏观穆勒矩阵的测量方法,获得了指甲的不同退偏参数图像,并通过比较图像来衡量这两种方法的优劣.基于穆勒矩阵的方法获得的图像中,能明显区分出甲床结构,对比度高,但能显示出的结构较少.基于斯托克斯矢量...     

癌变组织显微光谱测量分析

将光纤共聚焦显微技术和光谱分析技术相结合,研究了显微尺寸下癌变组织与正常组织光谱的特性,建立了光纤共聚焦显微光谱分析系统;获取了正常胃和癌变胃组织的显微光谱.实验结果发现癌变组织和正常组织的轴向显微光谱在可见光波段范围内有明显的差别.而且,利用光纤共聚焦技术能够实现组织不同层面的光谱特性测量,正常和癌变的胃组织不同层面的显微光谱也有明显的区别.同时表明,显微光谱测量可以有效分辨来自组织体内不同层的信息,提高了癌症检测的准确度.     

基于斯托克斯矢量的偏振成像仪器及其进展

偏振成像技术将景物的偏振信息转化为二维图像信息,从而可以和灰度图像一样对目标景物进行场景特征分析。介绍了基于斯托克斯矢量的偏振成像原理。按照获取斯托克斯矢量方法的不同,分别介绍了偏振片起偏、偏振棱镜分光和可变延迟波片调制三类分时偏振成像方式,分振幅、分孔径、分焦平面三种同时偏振成像方式。结合我国的制造水平,设计了双CCD渥拉斯顿棱镜同时偏振成像实验系统,并采集了实验图像。分析了各种偏振成像方式的优缺点。指出了偏振激光照明主动偏振成像、光谱偏振成像是偏振成像仪器进一步的发展方向。     

自聚焦透镜成像矩阵公式的近似性

本文从光线方程出发,对自聚焦透镜成像矩阵公式做了详细推导,由推导过程即可看出该公式的近似性及其应用范围,纠正了一些文献上认为该公式可应用于非高斯光学成像的看法。     

基于Mueller矩阵的偏振抑制反光方法

针对利用主动光进行透窗探测所产生的反光问题,若仅依赖单偏振抑制反光,目标与背景之间对比度低,难以适用于强反射干扰下的目标透窗成像。而利用双偏振正交抑制反光,虽然对比度有所提高,但图像整体亮度较低,识别暗弱目标具有挑战性。本文以玻璃的镜面反光作为干扰对象,首先分析偏振抑制反光的能力,其次分析不同光源入射角下Mueller矩阵元素的变化规律,最后采用退偏图像来提高目标的显著性。结果表明,Mueller矩阵中M₂₂和M₃₃图像在灰度值的分布中明显不同于其他矩阵元素,通过M₂₂和M₃₃生成的退偏图像可有效区分目标与背景。该方法在保证图像整体亮度较高的同时,有效地提高了目标与背景之间的对比度,从而可应用于强反射干扰下的目标透窗成像以及暗弱目标的识别。     

基于Hadamard优化矩阵的多分辨显微关联成像研究

为满足显微成像领域的多样化需求,解决实际应用中成像质量与成像时间之间的矛盾,提出一种基于数字微镜器件的多分辨显微关联成像方法.该方法利用LED光源作为背景照射光源,对科研级荧光正置显微镜原光路改装设计为关联成像光路,采用多分辨Hadamard优化矩阵作为数字微镜器件的预置图样,实现了生物组织样品的连续多分辨成像.实验结果表明,多分辨显微关联成像系统的分辨率可达218 nm,单组测量后可同时输出8组不同分辨率图像,能够根据实际应用中不同图像质量需求选择不同的分辨率,减少成像时间和存储空间,极大地提高了显微成像的灵活性.这种新型多分辨显微关联成像方法可以扩展至细胞筛选、细胞实时成像等领域,对推动关联成像在细胞和生物组织显微成像领域的应用具有重要意义.     

基于非负矩阵分解和广义判别分析的掌纹识别

非负矩阵分解(NMF)具有非负性和局部性的特点,是一种新型的特征提取方法.由于NMF是非监督学习算法,运用NMF提取掌纹特征时没有考虑训练样本的类别信息,因而分类效果不够理想.为了在提取掌纹特征的同时融人类别信息,提出运用非负矩阵分解和广义判别分析(GDA)相结合的方法进行掌纹识别.为了降低计算的复杂性,在特征提取之前,应用小波变换对掌纹图像进行三级分解,提取低频子图像.在低频子图像上应用NMF+GDA提取掌纹特征,计算特征向量间的余弦距离进行掌纹匹配.运用PolyU掌纹图像库进行测试.结果表明,与主元分析(PCA)、独立元分析(ICA)和NMF相比,算法的等误率(EER)最低为0.16%,特征提取和匹配总时间为0.812 s,满足实时系统的要求.     

偏振器件的矩阵表示

提出一种矩阵算法 ,简洁地求出偏振器件的琼斯矩阵