基于FPGA的快速全场光学相干层析方法

针对全场光学相干层析术实用化时成像速度不高的问题,提出一种基于FPGA控制的相位调制快速全场光学相干层析系统成像方法.首先用FPGA搭建电路以产生频率可调的高准确度正弦信号与脉冲信号,然后利用所产生的信号作为调制频率,采用四步移相法获取光学断层图像.采用该方法对洋葱表皮细胞进行光学断层成像,并与传统相移法及采用单片机调制方式获取的图像进行对比,结果表明该方法不仅能提高成像质量,且对高分辨率光学断层图像的采集时间从目前的4s(0.25 Hz)减少到0.03~0.05s(20Hz~35Hz),提高了系统的成像速度.     

基于光学相干层析术的组织光学性质测量

通过在光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)模型中考虑多重散射的影响,提出了一种提取出不同深度处的组织光学性质,包括散射系数和各向异性因子的算法.当把吸收系数作为算法中的第三个拟合参量时,能减少算法拟合过程中由于吸收作用的影响而带来的误差.基于包含吸收因子的OCT扩展模型,改进的算法也能够提取出吸收系数.这些算法的有效性通过对聚苯乙烯微球溶液样品的测量实验得到验证.     

光学相干层析成象技术的医学诊断应用

利用超短脉冲飞秒激光建立了OCT实验装置,通过对动物肾脏组织样品的层析成象,OCT图象与传统组织学图谱能找到很好的对应关系;对动物脑梗塞模型组织的扫描成象,得到了脑梗塞侧和正常侧的OCT图象,实验中,大脑病变组织和正常组织能够被正确区分。     

光学相干层析图像的小波去噪方法研究

光学相下层析成像过程中产生的噪声恶化了其成像质量.提高图像的信噪比一直是光学相干层析系统研制中一个焦点问题.根据光学相干层析系统采集的原始图像的信号和噪声分布的特点,对双变量收缩的小波去噪方法进行了改进,增加噪声系数比较多的子带的死亡地带半径来去除图像的噪声.利用对比度噪声比率、信噪比和边缘保持参数等评价指标来评价图像的改善效果.结果表明该方法能有效地去除噪声并可保留光学相干层析原始图像的边缘特征.     

光学相干层析图像的处理研究

提出一种基于各向异性扩散算法Catté模型的图像处理改进方法,通过对阈值k的修改以控制扩散强度,可实现在平滑光学相干层析图像的同时保护图像的边缘特征.对不同样品的光学相干层析图像处理.实验结果表明,改进后的算法更有利于噪音的滤除和边缘特征信息的保护.     

光学相干层析信号的模拟分析与计算

对传统的模拟介质散射响应函数的蒙特卡罗算法的计算过程进行了改进，提出光子不可分割的假设，这样可以避免人为选定光子被吸收阈值的不确定性；同时采用双曲线法模拟入射高斯光束，解决了对表面为非平面介质的传输信号进行模拟的问题.通过对盖玻片（平面）与眼角膜（曲面）的光学相干层析探测信号及层析图的数值模拟，并与相应实验结果进行比较，证实了该方法与假设的可行性. 关键词： 光学相干层析 蒙特卡罗法模拟 散射     

基于相位敏感谱域光学相干层析术的潜指纹获取方法

本文提出一种基于相位敏感谱域光学相干层析术 (spectral domain optical coherence tomography, SD-OCT) 的遗留指纹获取方法, 该方法具有非接触、无损、快速和高灵敏度优势. 实验结果显示, 即使在低对比度条件下, 本方法也能较好地再现遗留指纹, 证明相位敏感谱域光学相干层析术可以准确、可靠地识别潜指纹. 关键词： 潜指纹 谱域光学相干层析术 相位敏感     

基于偏振敏感光学相干层析术的口腔鳞状细胞癌组织成像

口腔鳞状细胞癌(OSCC)发病率较高且预后效果有限,早期诊断和术中准确识别病变边界对于改善预后效果具有重要意义。偏振敏感光学相干层析术(PS-OCT)在获得组织微观结构信息的同时,可以获得组织的偏振信息,提高组织诊断的特异性。为验证PS-OCT技术在OSCC诊断应用中的可行性,利用自行开发的高分辨率PS-OCT系统对离体的OSCC组织进行了成像。初步的成像结果表明,与正常组织相比,OSCC具有明显的双折射特性,利用累积相位延迟可以明显地区分正常组织和癌组织。最终证明,高分辨率的PS-OCT技术在OSCC组织的识别诊断和边界检测方面具有很大的潜力,可以辅助医生进行疾病的筛查和术中边界检测。     

基于衍射光学元件的激光相干合成研究进展

从衍射光学元件的基本原理出发,围绕连续波和脉冲波两大应用领域,综述了国内外基于衍射光学元件实现共孔径相干合成的研究进展。在国内,上海光学精密机械研究所分别实现了连续光和脉冲光的合成,连续光实现了206 W的输出功率,光束质量1.38,合束效率29.6%;脉冲光实现了峰值功率1.02 kW,重复频率2.2 MHz的ns级脉冲相干合成光束,合束效率61%。在国外,连续光方面实现了5 kW量级的合成光输出,合束效率82%;脉冲光方面实现了平均功率150 mW,重复频率100 MHz的fs级脉冲相干合成光束,合束效率83.4%。最后对基于衍射光学元件的激光相干合成技术的未来发展做出了展望,相信在不久的将来,基于衍射光学元件的相干合成技术会不断发展,逐渐突破技术瓶颈,从而为更多的应用领域奠定坚实基础。     

用非对称光学速调管的相干谐波自由电子激光

使光学速调管第二段波动器的磁场参数与光场的高次谐波共振，与对称光学速调管情况相比，可使产生的相干谐波辐射强度提高。对三次谐波，强度提高为对称情况的２．６倍。     

基于谱域相位分辨光学相干层析的纳米级表面形貌成像

提出了一种基于谱域相位分辨光学相干层析的纳米级表面形貌成像方法,由干涉光谱计算样品相邻两点的相位差,得到样品表面相位差分图,经过积分,重建样品表面形貌的定量分布.当相邻两点相位差的绝对值小于π,不产生相位包裹,避免了目前的干涉法相位解包裹存在的问题,将干涉法相邻两点相位差绝对值的限制条件由目前的π扩大到2π,提高了干涉法表面形貌成像的适用范围.参考面和样品置于同一平台之上,消除环境干扰及系统振动的影响,噪声幅度小于0.3 nm.通过对光学分辨率片及表面粗糙度标准样板的表面形貌成像,对本方法进行了验证,系统的轴向分辨率优于1 nm.     

正弦相位调制的频域光学相干层析成像

提出一种基于正弦相位调制的频域光学相干层析成像,利用正弦相位调制干涉术探测复频域干涉条纹的实部和虚部,重建复频域干涉条纹。对该复频域干涉条纹作逆傅里叶变换后,消除了频域光学相干层析成像中存在的复共轭镜像以及直流背景和自相干噪声。对玻璃片样品进行了层析成像实验。实验结果表明,采用正弦相位调制的频域光学相干层析成像,将可利用的成像深度范围扩大到原来的2倍,实现了全深度探测的频域光学相干层析成像。     

激光焊接熔透特征信号同轴增效提取方法研究

熔透检测是实现高功率激光焊接质量在线控制的重要环节,但由于介观尺度下的低辐值熔透特征信号产生于激光匙孔底部被匙孔喷射物质和周围干扰信号完全掩盖,熔透状态难以被直接获取,常规检测多以间接测量为主。将光谱透视技术、红外显微成像技术、光电传感技术及空间定位提取技术相结合,提出一种激光焊接熔透特征信号同轴增效提取方法。以高功率激光在匙孔内壁激发的荧光辐射源作为直接检测信号,利用不同发光体的谱段特性在红外谱段有效分离并抑制激光焊接匙孔上方的等离子体、金属蒸汽焰、粒子团簇等强干扰信号,使红外荧光信号得到有效增强,实现光谱透视显像效果。同时采用自行研制的激光焊接同轴显微光路系统,利用红外显微成像原理提取到匙孔内壁受激辐射荧光的红外显微实像。并以此为基础对高功率激光焊接熔透状态与匙孔内部影像特征进行关联研究,发现与熔透状态直接相关的低辐射值特征现象及特征区域的存在。通过视觉辅助定位调节和熔透特征位置试验矫正等寻位方式,依次提高定位精度,直至将传感器光电感应芯片高精度定位至荧光辐射实像中的熔透特征区域。由此通过光谱透视-显微成像-介观寻位萃取的逐层光学分离方式,实现了对匙孔熔透特征数据的精准提取和最大化增强。试验结果表明,基于多种光谱及光学处理技术复合应用的大功率固体激光焊熔透特征同轴增效提取方法对激光熔透特征信号增强效果显著,可作为一种新型的高功率激光焊接熔透在线检测手段。     

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...     

基于受激辐射信号的谱域光学相干层析分子成像方法

鉴于不同生理病理状态下组织复折射率实部的变化不大,传统光学相干层析(OCT)成像技术在分子特异性识别上存在先天不足.为此,本文提出了基于受激辐射信号的OCT成像方法,可在实现传统散射成像的同时,实现基于受激辐射信号的分子成像.在超高分辨率谱域OCT系统的基础上,通过增设光谱分光与调制抽运光支路,建立了基于单宽谱光源的抽运探测谱域OCT系统,详细推导了调制抽运下受激辐射信号的获取与成像公式.利用搭建的抽运探测谱域OCT系统,实现了瞬态受激辐射信号的相干探测.基于同时获取的受激辐射OCT信号和传统OCT信号,成功重构了氮化物粉末构建样品的基于受激辐射信号的分子对比OCT图像.     

谱域光学相干层析系统中基于解卷积方法的像质优化

谱域光学相干层析（spectral domain optical coherence tomography, 简记为SD-OCT）系统的轴向点扩散函数（point spread function, 简记为PSF）并不具备空不变特性,无法直接应用于解卷积运算.为实现SD-OCT系统成像质量基于解卷积算法的优化,本文采用数值校正后的轴向扫描信号和轴向有效PSF来实施基于Lucy-Richardson算法的解卷积运算,进而实现了SD-OCT系统中图像质量尤其是轴向分辨率的改善.本文理论分析了SD-OCT系统中导致轴向有效PSF随成像深度增大而下降和图像模糊的因素,阐述了利用解卷积算法实现图像质量优化的过程,基于建立的SD-OCT系统实施了不同成像深度位置处PSF的标定,并利用离散轴向位置处PSF的峰值拟合了轴向有效PSF的调制函数.利用调制函数对所有轴向扫描信号进行数值校正,然后根据轴向有效PSF进行解卷积算法.典型样品的解卷积图像重建结果表明,提出的解卷积方法能有效提高系统的轴向分辨率,同时有效抑制系统灵敏度随成像深度增大而下降的趋势.     

谱域光学相干层析系统中基于解卷积方法的像质优化

谱域光学相干层析（spectral domain optical coherence tomography, 简记为SD-OCT）系统的轴向点扩散函数（point spread function, 简记为PSF）并不具备空不变特性,无法直接应用于解卷积运算.为实现SD-OCT系统成像质量基于解卷积算法的优化,本文采用数值校正后的轴向扫描信号和轴向有效PSF来实施基于Lucy-Richardson算法的解卷积运算,进而实现了SD-OCT系统中图像质量尤其是轴向分辨率的改善.本文理论分析了SD-OCT系统中导致轴向有效PSF随成像深度增大而下降和图像模糊的因素,阐述了利用解卷积算法实现图像质量优化的过程,基于建立的SD-OCT系统实施了不同成像深度位置处PSF的标定,并利用离散轴向位置处PSF的峰值拟合了轴向有效PSF的调制函数.利用调制函数对所有轴向扫描信号进行数值校正,然后根据轴向有效PSF进行解卷积算法.典型样品的解卷积图像重建结果表明,提出的解卷积方法能有效提高系统的轴向分辨率,同时有效抑制系统灵敏度随成像深度增大而下降的趋势. 关键词： 谱域光学相干层析 Lucy-Richardson解卷积 有效点扩散函数     

用于频域光学相干层析成像的深度分辨色散补偿方法

提出一种深度分辨的色散补偿方法,用于增强频域光学相干层析成像的纵向分辨率。将频域光学相干层析成像采集的干涉谱信号傅里叶变换到空域,获取对应不同深度的干涉谱条纹相位,通过对其进行调整实现对被测样品不同深度处的色散的精确补偿。避免传统方法中采用统一色散系数进行色散补偿所带来的过补偿与欠补偿误差,可以有效消除色散引起的频域光学相干层析成像系统点扩展函数的展宽和扭曲。模拟和实验结果表明,基于深度分辨的色散补偿方法在样品的全深度探测范围内可以达到较佳的补偿效果,可有效提高光学相干层析成像系统的纵向分辨率。     

基于平稳小波变换的时域光学相干层析系统

以平衡检测原理为基础,利用中心波长为700 nm的宽带低相干白光光源,在自由空间中搭建了分辨率为0.93 m的基于平稳小波变换（SWT）的时域光学相干层析（TDOCT）系统,并将其应用于塑料薄片与透明胶纸多层薄膜结构的无损评价。针对现有算法重构效果不够理想的问题,通过对OCT成像过程中的图像增强手段的对比,提出利用SWT分解算法处理多层薄膜结构的光学相干层析二维图像。由薄膜检测的实验结果可知,从SWT细节系数中可以提取更显著的多层薄膜界面干涉信号,从而提高多层薄膜界面的增强效果。     

基于平衡光学互相关方法的超短脉冲激光相干合成技术

相干合成技术是超快光学领域的重要研究方向之一.当单路脉冲激光的连续谱超过一个倍频程时,精确控制其光谱相位(色散管理)是获得亚周期超短脉冲激光的关键.由于常见的脉冲压缩系统存在光谱带宽限制,因此多通道相干合成技术受到了广泛的关注.本文将充气空心光纤展宽后的超倍频程连续光谱分波段独立压缩,并利用平衡光学互相关方法锁定子脉冲之间的相位延迟,获得了4.1 fs的合成脉冲.实验结果表明相干合成技术在高能量亚周期超快光场调控中存在优势.