基于漫反射光谱的组织光学参数测量系统与方法研究

在体组织光学参数测量是生物医学光子学研究重点,不仅为人体成分无创检测、光学成像、光动力疗法等研究提供基础,并且可以快速获取人体光学参数变化,为临床诊断提供依据。研究了利用单一源探距离漫反射光谱在体测量光学参数的测量系统与反构方法。漫反射光谱测量系统由宽谱光源、高分辨光纤光谱仪及光纤探头组成,结构简单,测量方便,可准确快速测量样品漫反射光谱。在光纤探头几何形状基础上,研究了光纤收集及系统传递函数,在此基础上对反构算法进行了校正。光学参数反构算法中正向模型基于Monte Carlo以及神经网络方法,适用光学参数范围大,计算速度快;逆向算法采用主成分分析与非线性建模拟合相结合的方法,可抑制测量噪声影响。在测量系统及反构算法基础上,进行了组织仿体光学参数测量实验,结果表明,利用单一源探距离下漫反射谱,可以较为准确获取吸收系数以及约化散射系数,均方根误差分别达到4.58%以及7.92%。为保证系统测量准确性,测量波长范围应覆盖样品中所含吸收物质吸收峰范围。所研究的在体组织光学参数测量方法为人体成分无创检测及测量条件变化获取提供了基础。     

基于离焦的微操作机器人系统光轴方向深度测量

在分析显微物镜成像原理的基础上,提出并实现了一种微操作机器人系统光轴方向深度测量方法,该方法通过显微物镜离焦光学传递函数（optical transfer function, OTF）建立物方离焦程度与显微图像模糊程度的关系,由此实现深度测量.由于考虑了透镜参数与衍射效应的影响,方法具有较高的测量精度和较好的线性度,同时利用条状物体快速辨识算法,对原始方法进行了简化,使深度测量可在线完成.进一步,将上述方法应用于实际微操作机器人系统,通过离焦状态双针互插实验验证了方法的有效性,同时拓展了微操作机器人系统的有效操作空间. 关键词： 深度测量 微操作机器人 显微镜系统成像模型 光学传递函数     

数字图像消卷积在显微测量中的应用

研究了数字图像消卷积在显微测量中的应用。在测量系统点扩展函数的基础上,利用频谱空间变换消卷积图像处理方法,消除了传统光学显微成像中的几何不清晰度。通过对显微图像进行复原,实现了反射式一维线宽的显微精确测量。在医用接骨钢板表面质量的评价中,对10μm量级的划痕宽度实现了精确和方便的测量。该技术对相关计量技术的发展具有重要意义。     

高分辨激光显微测量系统的应用

高分辨显微测量系统在观察样品表面细微结构和普通光学难以分辨的极限尺寸样品的测量中实现了高分辨、高精度和自动化的综合显微分析。文中采用激光光源提高显微测量精度,并消除了激光散斑的影响,采用高分辨CCD工业相机对光盘的道间距及表面参数进行了实时显微测量分析。     

基于双积分球的宽光谱组织光学参数测量系统与方法研究

组织光学参数测量是生物医学光子学的主要研究内容之一,人体组织光学性质与其生理病理状态密切相关。近年来,利用组织光学特性,特别是吸收与散射特性进行组织成像诊断及无创成分检测成为生物医学光子学领域研究热点,为肿瘤早期诊断、代谢动态监护及光动力治疗等临床应用提供了基础。双积分球方法能够同时测量离体组织吸收系数、散射系数等,具有测量准确、快速,适用范围大等优点,作为光学参数测量的标准方法得到广泛研究与应用。利用双积分球及超连续激光器搭建了宽光谱的组织光学参数测量系统,分析了积分球测量传递函数与误差来源及系统最佳测量条件,建立了基于BP-MCML的系统校正正向模型与L-M算法的光学参数反构算法。在此基础上,测量了1 100～1 400 nm连续宽谱范围内Intralipid溶液光学参数,实验结果表明改进后反构算法测量结果比较准确,多次测量标准偏差在3%以内,不同波长下约化散射系数及吸收系数测量结果与其他研究小组得到的测量结果对比,偏差小于3.4%。     

高分辨率蓝光光学显微测量系统

本系统用波长为405nm的超亮度蓝色发光二极管作为光学显微镜的照明光源，结合CCD图像传感技术和图像采集技术，实现了对显微图像的实时观察和存取的计算机化。观察到的DVD盘片的清晰显微图像表明，其光学分辨率优于400nm。运用自编的图像分析软件对采集到的CD RW光盘图像进行分析和标定，测定其道间距为1.6μm。因此，本系统在显微观测领域，特别是对观测和分析接近普通光学显微镜分辨极限尺寸的微结构，有重要的实用价值。     

用CCD测量生物组织的漫反射率和透射率

介绍CCD实验装置和用C语言开发的CCD图像分析系统 ,测量和分析了新鲜猪脂肪和猪肌肉空间分辨的漫反射率和透射率 ,将测量结果与MonteCarlo模拟结果以及基于漫射理论的两个模型的结果相比较 ,结果表明在距离光束中心 12mm的范围内理论结果与实验结果符合得较好。结论是用CCD测量装置以及作者所开发的图像分析系统可以用于测定生物组织的漫反射率和透射率 ,这项测量为生物组织光学参数的无损和快速测量提供了实验依据。     

X射线法测量的ICF靶丸参数的图像分析

 在ICF靶丸参数测量中，采用接触X射线显微辐射照相法获得靶核的X射线吸收底片图像，将该底片放置于显微镜下并用CCD获得了数字化图像。基于该数字化图像信息，编写了一套完整的计算机算法来计算靶参数。采用辐向平均法标定出靶中心，采用图像强度函数对半径的二阶微分来确定出靶层分界位置，计算精度约为0.2pixels。     

基于ICCD的快速荧光显微成像技术及在活细胞研究中的初步应用

利用像增强型CCD、氩离子激光器和氙灯等建立了一套快速荧光显微成像系统,并初步应用于活细胞研究。实时观测和拍摄了大鼠脑微血管内皮细胞增殖分裂过程中细胞内钙敏感荧光探针Fluo-3标记的钙离子浓度分布快速变化的图像,并选取动态图像中四个典型的点给出荧光强度灰度值的变化曲线。该系统可用于高灵敏实时记录活细胞内基于荧光显微成像的快速变化过程,为活细胞的研究提供了一种很好的观察和分析手段。     

结构位移摄像测量系统的设计与实现

针对飞机等大型工程结构的位移测量需求,设计实现了结构位移摄像测量系统.该系统采用多台数字式摄像机从不同方向拍摄飞机机身、机翼表面的人工合作标志点,在试验前对各个摄像机的参数进行精确标定,试验过程中实时分析各摄像机采集到的序列图像,检测跟踪得到标志点在图像上的二维像点坐标,根据像机参数和标志点二维像点坐标交会计算得到各标志点的三维坐标,即可得到整个结构的位移与变形参数.结构位移结果可进行三维动画显示,也可随时查看各标志点的位移曲线.精度测试结果表明该系统位移测量误差标准差小于1 mm,相对误差小于1%.该系统已成功应用于飞机机翼位移测量中.     

一维时空分辨x射线辐射功率测量系统

采用狭逢、红光闪烁体、光纤阵列、条纹相机、像增强器等元件组成x射线辐射功率时空分辨测量系统，该系统具有对x射线能量响应平坦，可有效屏蔽本底光干扰的优点，在喷气Z pinch实验中成功获得内爆等离子体x射线辐射的轴向分布图像.文中对系统结构、参数和使用情况进行了介绍，对测量结果进行了讨论. 关键词： Z pinch x射线 时空分辨 图像     

具有在线形貌矫正能力的组织体光学参数测量系统

针对具有复杂形貌的大面积组织体,基于空间频率域方法,提出并搭建了一种具有在线形貌矫正能力的绝对光学参数测量系统.首先利用相位轮廓术获取组织体三维表面轮廓,用余弦辐射公式法矫正由组织体表面复杂形貌引起的光照度的差异.然后,采用漫反射板代替传统方法中的参考仿体,基于空间频率域测量模式进行绝对光学参数测量,并利用提出的光学参数反演方法实现组织体吸收系数的重建.组织仿体实验结果表明,对于表面高度小于29mm的仿体,经矫正后,吸收系数的测量相对误差从60%下降到13%.     

图像复原处理方法在显微测量LiNbO3表面缺陷中的应用

研究了图像复原处理在显微测量中的应用。在实测系统点扩展函数的基础上,首先利用图像复原方法对显微图像进行复原处理,然后用二维处理方法实现对缝宽的精确显微测量。实现了在普通光学显微镜下铌酸锂(LiN- bO_3)极化畴结构样品缺陷大小的便捷测量。     

基于摄像测量原理的轨道几何参数测量系统

利用摄像测量原理设计出一种新型的轨道几何参数测量系统,该系统由测量主车和测量靶车两部分组成。测量过程中,靶车沿轨道向主车运动;主车上的摄像机实时采集靶车上红外合作标志的序列运动图像;主车工控机中的软件系统实时提取合作标志在图像中的亚像素位置,根据合作标志之间的距离和图像清晰度驱动调节摄像机的电动镜头,使测量过程中摄像机的视场大小基本不变、合作标志成像清晰,根据相应的模型合成轨道几何参数。静态实验与外场实验结果表明,该摄像测量系统完全能够满足轨道几何参数高精度测量的需求。     

X射线法测量ICF靶丸参数中表面轮廓法的应用

在ICF靶参数测量中,用接触X射线显微辐射照相法记录微球X射线图像,采用精密表面轮廓仪处理微球X射线图像,直接测量了单层微球壁厚。与光干涉法比较,两种方法测量结果相差小于0.3μm。     

利用Mirau显微干涉仪测量微器件的纳米级运动

描述了一种用于微机电系统（MEMS）纳米级微运动测量的Mirau显微干涉系统.该系统利用商业化的Mirau显微干涉仪，它直接安装在光学显微镜上，用于测量一个表面微加工水平谐振器的三维运动.面内运动取决于亮场在最佳焦平面处的图像，而离面运动则取决于频闪得到的干涉图像，该图像在物镜纳米定位器的8个不同位置处得到.实验结果表明了系统进行面内和离面运动测量的纳米级分辨力.     

皮肤鳞状细胞癌声光滤波显微光谱成像研究

TeO_2非共线声光可调滤波器(AOTF)是一种优良的电调谐分光器件,具有体积小巧、稳定性高、调谐快速、可实现便携等优点,在超光谱成像领域具有很高的应用价值。通过非共线AOTF与光学倒置显微镜有机结合,建立了声光滤波超光谱显微成像系统;在可见光范围内,开展了人体皮肤鳞状细胞癌组织的超光谱显微成像实验研究,获得了一系列不同衍射光中心波长下的皮肤鳞状细胞癌组织的光谱和对应的显微图像。系统性能检测实验结果显示,在超声频率为110～180 MHz范围内的衍射光带宽仅为1.28～2.84 nm,表明本研究中的AOTF具有很高的光谱分辨率,达到10~2个光谱通道量级,完全可以满足超光谱显微成像对生物组织结构进行精确识别的需要。本系统采用高质量的TeO_2晶体、双胶合透镜以及优化的射频驱动源,有效地抑制了衍射光光谱的旁瓣。分析了超声频率与衍射光中心波长的调谐关系,以及超声频率与对应衍射光谱带宽的关系曲线,实验结果与理论计算结果有着较好的一致性。系统实验获得的皮肤鳞状细胞癌组织显微图像随光波长漂移不显著,表明超光谱成像系统的图像稳定性高。通过对比,分析了不同中心衍射光下的皮肤鳞状细胞癌组织显微图像的清晰度随光波长的变化规律,在522.52 nm时,皮肤鳞状细胞癌组织内部各精细结构区分明显,图像最为清晰。通过定义透射差异系数,分析了图像整体亮度曲线和透射差异系数随光波长变化曲线,其变化规律与直观观察结果相符合;对皮肤鳞状细胞癌组织图像进行了边缘提取分析,得出在497.87～551.29 nm内,可在整体视野较为明亮的情况下对皮肤鳞状细胞癌组织进行观察和研究,在509.69～527.59 nm范围内,组织边缘明亮清晰且完整,是进行皮肤鳞状细胞癌组织结构精确识别与分析的最佳窗口。该研究为人体皮肤鳞状细胞癌组织结构简便、灵活、快速地检测与识别提供了一种新方法。     

单目显微视觉测头动态测量技术的研究

为了解决现有坐标测量机中的单目显微视觉测头视场小和景深小的缺点,提出了显微视觉测头的动态测量方法。建立了运动模糊图像的复原模型以及序列图像的全景组合模型,并提出了测量系统的自标定方法,标定重复性精度优于0.5nm。实验证明:该系统在以6mm/s的速度扫描测量时,测量重复性精度可达到5μm。     

X射线法测量ICF靶丸参数中表面轮廓法的应用

 在ICF靶参数测量中,用接触X射线显微辐射照相法记录微球X射线图像,采用精密表面轮廓仪处理微球X射线图像,直接测量了单层微球壁厚。与光干涉法比较,两种方法测量结果相差小于0.3μm。     

数字全息显微测量技术的发展与最新应用

数字全息显微测量技术是检测显微样本微观结构的重要手段,具有系统简单、非入侵、动态性好等特点,是一种很好地具有应用前景的技术。综述了数字全息显微测量技术的发展,分析并比较了数字全息显微测量技术与其它显微测量技术的特点;归纳并分析了数字全息显微测量技术的典型光路系统及其特点;总结了数字全息显微测量技术的数值再现算法和误差抑制技术;列举了数字全息显微测量技术的最新应用。