真实大气环境下水平方向激光主动相干阵列成像实验研究

为了研究激光相干阵列在全大气层湍流中的成像能力,在全相位闭合等方法的基础上,利用HV57模型中的大气折射率结构常数来标定大气相干长度,通过当地风速和光路高度等参数计算了实验所在地等效整层大气湍流的水平传输距离,研制了Ф1.5 m等效孔径的激光相干发射阵列,对1.2 km远处物体进行了成像实验,成像分辨率达到了亚角秒级....     

相干场成像四光束相位闭合算法研究

依据相干场成像相位闭合实现原理, 在T型多光束发射阵列下推导出一种新的四光束相位闭合算法.定义了基于四重积的闭合比率求解公式, 推导出在消除大气随机相位误差的同时能抑制光强闪烁对成像质量的影响.数值模拟结果证明其有效性, 为多光束相干场成像系统消除大气扰动误差提供了新的途径.     

从恒星强度干涉仪、星体散斑干涉仪到空间强度自关联合成孔径望远镜

随着天文观测对空间分辨率性能需求不断提升,迫切需要发展十米级、百米级甚至公里级光学合成孔径的望远镜。传统光学共位相的合成孔径成像技术面临着高精度相位技术的挑战,难以将长基线的合成孔径成像拓展到光学波段。强度干涉的测量方法对相位相对不敏感,为长基线的光学合成孔径提供了可能的技术方案。分别梳理了恒星强度干涉仪、星体散斑干涉仪的发展历程和关键科学问题,并分析了空间强度自关联合成孔径望远镜的技术特点和发展潜力。通过总结三种技术方案的特点,可为我国发展长基线光学合成孔径成像系统提供参考。     

激光偏振成像散斑统计特性和抑制方法研究EI北大核心CSCD

对激光偏振成像系统的散斑统计特性及其相应的散斑去除方法进行了理论和实验研究。运用穆勒矩阵法建立了该激光偏振成像系统散斑光强的概率分布模型。针对现代电荷耦合器件(CCD)的成像特点,通过比较散斑与像素的大小,将散斑分为两种情况进行研究,即小散斑和大散斑。得出散斑的归一化方差与像素成线性关系,均值不受像素的影响。进而提出了统一的散斑噪声概率模型,即改进的伽马分布模型。基于此模型,提出了改进的贝叶斯非局部滤波模型。通过处理真实的偏振图片,综合等效视数、边缘增强指数等指标,表明该算法比传统的散斑去除算法具有更好的散斑去除和边缘保持能力。     

散斑照明宽场荧光层析显微成像技术研究

介绍了一种新的宽场荧光层析显微方法.在传统宽场显微镜中引入散斑图案照明样品,控制散斑图案的动态变化,利用CCD相机记录对应的一系列荧光图像.由于焦平面内强度变化远比焦平面外强度变化剧烈,通过合适的算法能够获得焦平面的层析分辨的荧光显微图像.标定了系统参数,并研究了不同的图像重建算法对系统性能的影响,获得了不同生物组织样品的层析图像.实验表明,该显微方法能用于组织光学切片成像,在临床医学中具有实际应用价值. 关键词： 荧光 散斑照明 荧光显微 层析     

纯随机相位板散斑去相关光学相干层析成像

光学相干层析成像（OCT）的图像质量会受到散斑噪声的影响,限制了OCT在临床诊断中的应用。叠加取平均是一种降噪的常用方法,作为相干噪声,散斑降噪的关键在于降低用于叠加的图像之间的散斑相关度。提出了一种基于纯随机相位板的散斑去相关OCT系统（PSD-OCT）。利用纯随机相位板调制样品光的波前相位以实现散斑去相关,从而为采用叠加取平均降低OCT图像噪声的方法提供低相关数据。成像实验证明了纯随机相位板能够降低散斑相关度,提升叠加图像的散斑信噪比,使得生物样品的精细结构更为清晰明显。与传统OCT的相关叠加相比,PSD-OCT的去相关叠加可以大幅降低散斑噪声从而增强OCT图像的视觉可见性,且无需搭建复杂系统,具有广泛的生物医学成像应用前景。     

基于主动散斑投射的水下双目视觉三维成像

基于主动散斑投射的双目立体视觉成像技术仅需一次投影拍摄即可实现三维重建,适合于动态成像,但在水下应用时,存在小孔模型失效、极线约束匹配条件不满足,以及投射散斑左右图像因受水下环境吸收、散射影响产生退化等问题。本文重新建立了基于主动投射散斑图案的水下双目视觉成像模型,分析了散斑图案对水下双目对应点匹配精度的影响,搭建了主动散斑水下双目视觉动态三维成像系统实验装置。实验结果表明,基于主动散斑投射的水下双目立体视觉技术具有较好的动态3D成像效果,动态误差在该双目立体视觉实验装置本身结构和系统参数决定的静态误差之内。     

照明方式对PIE成像质量影响的研究

系统研究了照明光的波前曲率对PIE成像分辨力的影响,证明采用弯曲波前的照明光可以显著提升PIE对随机噪声和量化误差的抗干扰能力,从而能够使重建图像的分辨力提高3倍以上,为实际实验中照明光的选择提供了指导。     

合成孔径激光成像雷达散斑效应分辨单元成像研究

分析了合成孔径激光成像雷达(SAIL)受散斑效应影响的分辨单元成像过程并推导了含有散斑效应的二维数据收集方程。在此基础上通过数值模拟分析比较了不同接收天线尺寸、不同天线积分起点位置情况下散斑效应对成像所需的光电流交流项、距离向压缩和最终分辨单元成像结果的影响。结果表明散斑效应对分辨单元成像的影响主要体现在降低了分辨单元的图像强度,同时不同天线尺寸和天线积分位置对分辨单元的成像影响差异较大。分析结果可为今后SAIL散斑效应的抑制提供一定的参考。     

平面波经颅超声成像相位校正及散斑跟踪

准确的脑血流成像对脑功能监测和脑疾病的快速诊断具有重要意义,然而颅骨对超声传播的影响会导致成像质量下降、速度或位移估计不准确等问题。论文采用平面波相干复合结合散斑跟踪方法进行颅内散射目标成像和速度估计,以实现脑血流速度矢量检测;针对颅骨存在导致的超声相位畸变,利用数值仿真和体模实验研究了其对成像及散斑跟踪效果的影响,并采用近似射线声学理论方法进行校正。数值结果表明颅骨的存在造成目标运动速度估计的相对误差达到55%左右,校正后误差降至约12%;体模实验中对目标位移大小和角度估计的平均误差在校正前分别约为16%和28%,校正后均降至1%左右。该研究结果可为超声颅脑疾病诊疗设备的研制提供理论指导和技术支持。     

利用散斑图像测量表面粗糙度的计算机模拟及实验

从菲涅耳-基尔霍夫衍射公式出发推导出了粗糙面近场衍射方程。通过对观察面散斑光强统计特性的分析,提出了采用镜射光强分量法测量表面粗糙度的思想。为验证该方法的有效性,首先用计算机模拟产生具有不同统计特性的随机表面,然后对由随机表面产生的散斑场及其光强分布进行计算。计算结果表明,与传统的散斑对比度法相比,散斑镜射光强分量法测量弱粗糙表面粗糙度具有更大的适用范围和更高的测量精度,克服了散斑对比度法易受表面横向相关长度影响的缺点。通过实验对计算机模拟结果进行了验证。     

纵向运动双散射散斑场的动态特性研究

研究了慢纵向运动双散射散斑场的统计性质,得出纵向运动双散射散斑振幅自相关函数、强度涨落自相关函数,并由此得出,夫朗和费衍射区内的接收平在上任意点上的自相关函数是时间的非平稳随机过程,而在光轴附近小区域内,强度涨落自相关函数是时间的平稳随机过程,相关时间与散射体纵向运动速度或反比,理论和实验结果相一致。     

单壁碳纳米管力学行为的数字散斑相关法实验研究

通过直接单向拉伸超长单壁碳纳米管束长绳,首次借助高精度数字散斑相关法,并结合显维放大技术,测量了单壁碳纳米管的弹性模量和拉伸强度。试验中观察了单壁碳纳米管束长绳的断裂过程。单壁碳纳米管束长绳通过改进的化学气相沉积技术生成。试验得到单壁碳纳米管的平均杨氏模量为129.0±70.3GPa,平均拉伸强度为1.95±0.56GPa,低于计算值和先前其它文献的试验值。     

基于空间光调制器的散斑相关成像研究

为了实现对隐藏在散射介质后方的静态目标物体的高分辨率重构以及动态目标物体的重构和实时追踪,避免利用旋转毛玻璃产生赝热光源的不可预置性和机械振动对成像质量的影响,将空间光调制器应用到散斑相关成像系统中来产生赝热光场,对静态目标成像以及动态目标追踪进行了实验研究.其中动态目标追踪的偏差率在很小的范围内,最小可达0.38％....     

强度关联三维衍射层析的实验研究

提出了一种基于强度关联成像的新型三维衍射层析技术.利用强度关联成像技术(鬼成像)可实现无透镜傅里叶变换的特点,并结合衍射层析技术和二步相位恢复算法,使用波长为650 nm的赝热光实现了强度关联三维衍射层析.详细描述了强度关联三维衍射层析的基本原理以及具体实验结果,为在第三代同步辐射光源实现非相干X光衍射成像积累了经验.