一种基于OTF稳定性的波前编码相位板优化方法

提出了一种简单的可用于光学系统中子午弧矢方向白光OTF稳定性评价的波前编码相位板参量优化方法.该方法仅以标准偏差来评价OTF在目标景深范围内的稳定性,并且结合自适应模拟退火算法在参量空间内优化得到相位板的最佳参量.使用该方法优化得到的相位板参量,可以大幅度提高光学系统的景深,并且可以获得更为清晰、稳定的成像.对应用波前编码技术前后光学系统的成像性能作了比较,并且考察了优化参量的容差性.     

Optical Transfer Function Reconstruction in Incoherent Fourier Ptychography

An optical transfer function(OTF) reconstruction model is first embedded into incoherent Fourier ptychography(IFP).The leading result is a proposed algorithm that can recover both the super-resolution image and the OTF of an imaging system with unknown aberrations simultaneously.This model overcomes the difficult problem of OTF estimation that the previous IFP faces.The effectiveness of this algorithm is demonstrated by numerical simulations,and the superior reconstruction is presented.We believe that the reported algorithm can extend the original IFP for more complex conditions and may provide a solution by using structured light for characterization of optical systems' aberrations.     

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     

相干场成像技术接收镜精度对传递函数的影响

根据相干场成像技术(又称傅里叶望远镜)接收镜的特点, 研究了接收镜偏差对相干场成像技术光学传递函数的影响, 推导了光学传递函数与接收光路光程均方差的关系式. 该式表明相干场成像技术的光学传递函数是接收光路光程均方差与频差乘积的平方的负指数函数. 为确定接收系统精度提供了理论依据. 关键词： 相干场成像 傅里叶望远镜 误差 光学传递函数     

波前编码成像系统景深延拓扩展率的研究

研究三次相位板的波前编码光学系统,发现在一定的条件下系统调制传递函数(MTF)对波前编码系统的离焦不敏感,才能得到波前编码系统的景深.对比传统光学系统的景深,得到波前编码系统的景深延拓扩展率的表达式.分析空间频率取值范围和三次相位板系数α,发现当a=20π时,波前编码系统可以将传统光学系统的景深扩大60倍以上.     

Optical transfer function of an imaging system aperture masked by a retarder

Modifications of the imaging characteristics of an imaging system and a consequent increase in relative resolution in the spatial frequency range of interest have assumed significance in view of the growing applications of microscope imagery. The present study shows that a diffraction limited imaging system zonally masked by an oblique retarder is much more versatile in the sense that the imaging characteristics can be controlled in real time by virtue of the higher degrees of freedom available to the user. It has been shown that the optical transfer function (OTF) of the system varies periodically with the orientation ϑ of the analyzer at the output. Interestingly, it follows that the optical characteristics of the proposed imaging system can be expressed in terms of three OTF components which combined together gives rise to the overall system OTF. By proper choice of the polarization parameters involved it also possible to isolate these components or to select a convenient combination of these components. Finally, simulated results show that subtraction of two images produced by the proposed retarder masked lens yields OTFs that are difficult to obtain otherwise.     

相干场成像技术分辨率研究

根据光学传递函数的相关理论, 推导了相干场成像技术(又称傅里叶望远镜)的光学传递函数和点扩散函数, 给出了T型、O型两种发射镜阵列布局相干场成像系统的分辨率计算公式, 为分析相干场成像系统能实现的极限角分辨率提供了理论依据. 在此基础上研究了T型、O型两种发射镜阵列布局相干场成像系统的分辨率之间的关系. 关键词： 相干场成像 傅里叶望远镜 分辨率 光学传递函数     

光电成像系统动像光学传递函数

在论述光电成像系统时间响应特性图像运动的基础上,提出并完善了光电成像系统动像光学传递函数的数理模型,除已导出的匀速运动和简谐振动下的动像LSF和OTF公式外,又导出了匀加速运动下动像LSF和OTF公式以及椭圆、圆周运动下的两维动像PSF和OTF公式,从而可以全面计算、分析光电成像系统的动像传递特性,为更深入研究动态光电成像奠定了理论基础.     

同轴法射线相衬成像的数值模拟计算与分析

对同轴法射线相衬成像进行数值模拟计算,可用于特定对象检测方法的可行性分析或检测参数优化。为此,分析了同轴法射线相衬成像系统数值模拟计算的原理及其实现方法,并针对圆形物体、长条形物体进行了相衬成像实验的数值模拟计算。对照计算结果进行分析可知：对物体平面进行离散化的尺寸很大程度上影响到数值模拟计算结果的准确程度,究其原因在于对物体平面进行离散化时决定了成像系统光学传递函数离散化的准确程度;为保证数值模拟结果的准确性,应使数值计算中光学传递函数取值点连续、不存在明显的失真;保证数值模拟结果准确所需的光学传递函数的离散化尺寸不是固定的,而是应与检测对象的大小相匹配。     

同轴法射线相衬成像的数值模拟计算与分析

对同轴法射线相衬成像进行数值模拟计算,可用于特定对象检测方法的可行性分析或检测参数优化。为此,分析了同轴法射线相衬成像系统数值模拟计算的原理及其实现方法,并针对圆形物体、长条形物体进行了相衬成像实验的数值模拟计算。对照计算结果进行分析可知:对物体平面进行离散化的尺寸很大程度上影响到数值模拟计算结果的准确程度,究其原因在于对物体平面进行离散化时决定了成像系统光学传递函数离散化的准确程度;为保证数值模拟结果的准确性,应使数值计算中光学传递函数取值点连续、不存在明显的失真;保证数值模拟结果准确所需的光学传递函数的离散化尺寸不是固定的,而是应与检测对象的大小相匹配。     

JMCT程序在线多普勒展宽研究

在核反应堆堆芯物理分析中, 考虑燃料核素的多普勒效应对反应性的影响是必要的. 基于最小二乘拟合法, 在自主蒙特卡罗粒子输运程序JMCT中开发了在线多普勒展宽功能. 在300-3000 K的温度范围内, 利用核数据处理程序(NJOY)制作了系列温度点下的连续能量核数据. 在统一的能量网格上, 进行最小二乘拟合, 得到拟合参数. JMCT利用这些拟合参数, 快速计算得到任意温度的核数据, 用于输运计算. 计算结果表明, 拟合得到的核数据与NJOY制作的核数据符合很好, 满足精度要求. JMCT临界模型计算结果表明, 拟合参数计算有效增殖因数k_eff与直接采用NJOY加工得到核数据的计算结果吻合.     

The sampling limit in fluorescence microscopy

Sampling in fluorescence microscopy is treated using the concept of the three-dimensional (3D) optical transfer function (OTF). The border of the OTF frequency surface defines the required minimum sampling. The shape of the OTF is derived from simple considerations and valid for far-field high numerical aperture, vector theory. Optimal regular sampling is achieved by a hexagonal grid in 2D, and corresponding hexagonal structures, body-centered cubic (bcc) and hexagonal close-packed (hcp) structures, in 3D. As compared to standard (rectilinear grid) sampling a reduction of 13.4% in 2D and 29.3% in 3D can be achieved with optimized sampling. This reduction in data size is also accompanied by an imaging speed improvement, a reduction of sample bleaching, and can lead to imaging with better signal to noise ratio.     

X射线成像积分滤波模型与实验

X射线数字化成像系统的不足主要表现在成像末端耦合约束、微焦点约束瓶颈以及单光子成像缺陷与量子噪声约束等方面,利用传统的数字图像处理手段很难实现有效的图像滤波,而复杂的滤波算法进一步限制了其工程使用效果。为了提高X射线成像系统的光学传递能力与系统抗噪声能力,本文首先以热激发X辐射源与X射线像增强器为例,从系统层面探索成像遇到的诸多技术瓶颈,并在此基础上提出了一种针对X射线成像的积分滤波方法。然后,将空间频率固定的铅制光栅作为被测目标,通过改变中继光学耦合系统的物像关系使得像方空间频率在一定区间内连续改变,进而通过大量的实验数据实现在不同积分时间条件下的光学传递函数精确拟合。接着,分别从光学传递函数积分效果与归一化后的基频传递特性的角度验证了该滤波方法可以有效压制热触发源引入的量子噪声,避免图像产生单光子成像缺陷。实验数据表明:该方法可以提升系统成像的光学传递能力。最后,通过帧叠加与积分滤波的对比效果验证了该滤波方法的优越性。     

变形成象的光学传递函数

在传统光学传递函数(OTF)计算中,总假设象对物的横向放大率不变。这种变形成象对OTF精度影响很大,但是人们一直没有找到解决此问题的好办法。本文从基尔霍夫衍射积分出发重新推导点象的振幅分布,并以出瞳坐标表示OTF自相关积分,进而利用分片多项式插值解决变形成象OTF的计算问题。同时,对文[4]中按菲涅尔近似给出的OTF公式作出比较。     

Three-dimensional optical transfer of rotating beams

Systems in which the point spread function (PSF) is a rotating beam have increasing use in three-dimensional (3D) microscopy and depth estimation. We analyze in several ways the 3D optical transfer function (OTF) of Gauss Laguerre modes and rotating beams. This is based on analysis of 3D OTFs of general aperture functions. Consequently, we suggest a criterion for depth resolution based on an effective cutoff of the axial frequency response. This criterion can be used to optimize PSFs explicitly and directly, to maximize axial resolution.     

彩色图像的非相干光相关识别

提出一种用非相干光系统识别彩色图像的方法,将脸色图像分解成三个单色像处理,设计一可实现的仅相位光学传递函数,对其进行带能优化,人而提高信噪比并使相关峰锐化,通过一对滤波器来合成该光学传递函数,获得了采色图像相关识别的实验结果。     

图像传输方法测量海水的点扩展函数

海水水体的点扩展函数（PSF）及光学传递函数（OTF）描述了海水中光或图像传输的性质,是研究海水光学性质及水下图像系统的基本参数。探讨了用图像传输的理论测量海水点扩展函数或光学传递数的方法,在实验室中建立了一套测量和计算系统;对不同长度的散射水体进行了测量,得到了一维和二维的海水点扩展函数曲线,测量结果与理论分析相符合。     

红外OTF标准镜头研究

光学传递函数（ＯＴＥ）标准镜头的研制是ＯＴＥ测定仪标定中必不可少的环节。通过对红外ＯＴＦ标准镜头的设计、加工、标定等内容的介绍，表明所研的标准镜头理论设计值与实际测量值基本一致，达到了设计指标要求，可作为红外ＯＴＦ量传标准器具。     

可调谐相位板空域频域联合分析

波前编码系统采用在传统光学系统中加入相位板来扩大光学系统的景深而避免传统景深延拓技术的不利影响. 由于相位板的参数不可调, 整个系统的景深延拓扩展率也不能动态可调. 采用两相位板组合的方法可以有效克服这一点. 本文首先从光线差的角度提出了两三次相位板组合下的光线像差分布以及点扩散函数尺寸的具体关系表达式, 直观体现了系统的光线结构, 指出了光线结构和点扩散函数尺寸受两三次相位板的面型和相对位移量的影响. 其次采用稳相法从空间域给出了系统点扩散函数表达式, 依据点扩散函数的振荡性质给出了有效带宽表达式, 提出了点扩散函数在像面的位置会随两相位板面型参数以及相对于光瞳中心的位移量而发生平移. 最后利用菲涅耳积分给出两三次相位板任意面型参数和相对位移组合下的准确光学传递函数. 在得到的调制传递函数中直观体现出了面型参数和相对位移量对调制传递函数和相位传递函数以及有效带宽的影响, 并说明了此系统相位传递函数的非线性性质. 通过空间域与频率域相结合的方法分析验证了传统的两三次相位板组合具有景深可调和带宽可调的性质, 为设计可调谐波前编码系统提供了理论依据.