用两区π-相位滤波器改善超半球形固体浸没透镜显微系统的成像特性

利用矢量衍射理论分析了π-相位滤波器在超半球形固体浸没透镜显微系统中的超分辨特性.结果显示,光斑的增益、Strehl率和边瓣强度随相位区域边界呈现出同步的、只一个周期的振荡性变化.从辐射场和速逝场的角度解释了这种变化的原因.对于近场显微,速逝场起决定性作用.π-相位滤波器的相位区域边界角大于临界角时,才能产生较大的超分辨作用.滤波器边界参量等于0.743（对应的角度大于临界角）的π-相位滤波器,可以使系统分辨率提高16%.     

超半球形固体浸没透镜系统的亚表面显微

应用矢量衍射理论和薄膜光学方法,研究了有禁带存在时超半球形固体浸没透镜(SIL)系统的亚表面显微。模拟计算结果显示,光斑的强度,边瓣强度和光斑大小随禁带厚度发生振荡。光斑的大小和光斑的强度几乎是反相变化的。当禁带材料的折射率与固体浸没透镜(SIL)的折射率相匹配时,光斑的强度较大,分辨率较高。随着离开样品表面的距离的增加,光斑的强度不断减小,光斑的大小和边瓣强度逐渐增加。     

固体浸没透镜用于飞秒三维光存储研究

为进一步提高光存储密度，利用固体侵没透镜（SIL）与数值孔径为0.55的长工作距离物镜对飞秒激光脉冲进行聚焦，完成了PMMA及石英介质上的存储实验,并对聚焦物镜焦点与SIL底面离焦时的介质内焦点位置和系统的数值孔径进行了模拟。实验结果表明：当聚焦物镜焦点与SIL底面适当离焦时，实际聚焦在介质内的焦点深度不断加深，且系统的有效数值孔径不断增大。利用这一结果，在距PMMA表面20μm的地方得到了点间距1μm，层间距2.5μm的6层空间点阵；在距石英介质表面15μm的地方获得了点间距为0.6μm，层间距为2.5μm的5层空间点阵，其存储密度可达1.1×1012bits/cm3。     

采用树脂透镜的掌纹图像采集光学系统设计

为了获得高分辨率、高对比度和低畸变的掌纹图像,同时实现系统的轻量化和高性价比,本文基于全反射原理,采用树脂材料设计了一款由6片镜构成双远心光路的掌纹采集光学系统。树脂材料的选用减轻了光学系统的总重量;基于光的全反射原理的系统设计增强了掌纹图像的对比度;选择双远心光学结构,便于对倾斜物面所产生的梯形畸变进行矫正。对所设计光学系统的成像质量分析表明,该系统所有视场的光学传递函数（MTF）在Nyquist频率228 lp/mm处均达0.55以上,畸变〈0.14%。设计的光学系统可以采集120 mm×160 mm的手掌区域,实际手掌面上的分辨率达到500dpi,采集的掌纹图像分辨率达到8.0×106 pixel,满足了实际采集的要求。     

固体浸没透镜飞行高度的气浮控制

采用固体浸没透镜的光存储方法是提高光存储密度的比较实用的近场光存储方法,而严格控制SIL下底面与光存储介质之间的亚波长级距离是此光存储系统正常工作的前提.本文采用电容法测量SIL的飞行高度,采用弹性悬臂将SIL加载在转盘表面上,转盘以不同速度转动时SIL将悬浮在不同的高度.计算机首先采集到SIL的飞行高度信息,再与设定的飞行高度作比较,根据比较结果调整转盘转速,从而达到调整SIL飞行高度的目的.采用此方法,可以动态地将SIL的下底面控制在距高速转动的转盘表面上150～600 nm范围内的一定高度上.     

固体浸没透镜光存储的信号探测技术

信号探测是固体浸没透镜成为实用存储技术的一个必需的组成部分。对在该项研究中获得的理论和实验成果进行了介绍。总结了针对固体浸没透镜机理的三维矢量理论 ,对影响信号探测的因素 ,例如头盘间距、盘片结构和光的偏振态等进行了讨论。介绍了基于固体浸没透镜光存储中信号探测的新技术和重要的实验结果。     

固体浸没透镜出射光场偏振特性研究

在固体浸没透镜近场光存储中, 光的偏振对近场光场分布具有很大的影响. 采用三维时域有限差分法, 对聚焦线偏振高斯光束通过固体浸没透镜后焦平面上各分量场分布及距离焦平面不同位置光斑图样进行了模拟. 结果表明在焦平面上及距离焦平面较近的近场区域, 出射光场在与入射光偏振垂直方向出现显著的场增强现象, 从而使光斑图样呈近似椭圆分布; 而在距焦平面较远的远场区域光斑图样趋向圆形对称分布.     

FDTD方法对固体浸没透镜的光场分析

采用二维时域有限差分(2D-FDTD)方法研究了高斯光束通过固体浸没透镜(SIL)的光场分布特性.模拟结果表明,SIL的折射率越大,底面出射的光斑越小,但随离底面距离的增大光束很快展宽;当只有入射角大于全反射临界角、具有高空间频率的部分高斯光束聚焦到SIL底面金属膜中心的微孔时,针对不同直径的微孔,模拟了出射光场的分布,发现微孔直径在某一特定值时,出射光斑半径在距SIL底面近半个波长范围内无明显改变,该结果为增大SIL和存储介质间距的方案提供了理论依据.     

半球形固体浸没透镜显微系统的透射光场研究

应用高数值孔径系统的矢量衍射理论研究了半球形固体浸没透镜(SIL)球面表面的反射对SIL系统透射场的影响.研究结果表明,半球形SIL球面表面的反射对SIL显微系统的透射光强产生很大的影响.然而,这种反射不改变半球形SIL显微系统的分辨率.SIL球面介质界面材料的折射率失配越大,透射光强减小越多.在SIL的球面表面涂上减反膜或者在物镜和SIL之间填充折射率较大（但比SIL的折射率小）的介质可以提高系统的透射光强.     

利用光轴可移动液晶透镜的立体图像采集系统

针对传统双目视觉系统体积大、成本高等缺点,提出了一种利用光轴可移动液晶透镜的单相机立体图像采集系统。该系统由一个固定的相机模块和一个贴有偏振片的液晶透镜构成。通过改变电压的方式移动光轴并采集图像,利用光流法获取图像视差。研究了液晶透镜光轴变化对系统整体光轴的影响,推导了视差与深度的关系。通过验证所采集的图像存在视差来说明所设计系统的可行性,并进行了近距离物体的深度获取。实验结果表明,利用液晶透镜的光轴移动功能可以使系统的整体光轴产生移动,实现立体视觉。所设计系统无需机械移动,具有结构简单紧凑和成本低廉的优点,为立体图像的采集提供了新的方法。     

Optical design for enhanced prism type fingerprint scanner image contrast with asymmetrical aspheric lens

The design of optical prism fingerprint scanner with aspheric lens is researched. We propose a modified structure for optical prism fingerprint scanner, which has an asymmetrical aspheric lens on the output plane. It is numerically shown under elliptic valley similar fingerprint model that the optical image qualities of such a scanner are better than the scanner with symmetrical aspheric lens. When the fingerprint range is 15 mm, the results show that the minimum image contrast is 0.49 for an optical prism with asymmetrical aspheric lens, much better than a symmetrical aspheric lens with 0.20. The relative illumination variation is from 0.62 to 1.00 for optical prism with asymmetrical aspheric lens, and for the symmetrical aspheric lens it is 0.35 to 1.00. We conclude that an optical prism with asymmetrical aspheric lens is better than an optical prism with symmetrical aspheric lens.     

Analysis of Purkinje images as an effective method for estimation of intraocular lens implant location in the eyeball

The implantation of an artificial intraocular lens (IOL) into a capsular bag in place of an extracted natural, but nontransparent lens is a standard therapy method in the case of cataract. Any decentration or tilt of the IOL can cause a deterioration of the retinal image quality, thus decreasing the vision quality. The analysis of the relative position of Purkinje images being a reflection of the point light source from the refracting surfaces of the eyeball determines the location of IOL inside the eye and thus enables to state its wrong or correct location. The paper describes the Purkinje experimental setup consisting of an illuminator (several infrared LEDs arranged in a circle), an imaging telecentric lens and image recording CCD camera and reports details of the system calibration The usefulness of the experimental setup has been proven both in laboratory conditions using artificial model of the eyeball and in measurements on human subjects. Simulations of the retinal image with different decentrations or tilts are shown.     

基于遗传算法的指纹图像分割算法

在指纹技术中,指纹图像分割是图像处理中关键的一步。将遗传算法用于计算指纹图像分割阈值,采用染色体编码的方法并利用赌轮法产生初始化种群,通过选择算子、交叉算子和变异算子的方法实现分割。该方法表明利用遗传算法所得到的阈值进行分割处理能取得较好的效果。     

指纹信息识别技术与应用

综合叙述了指纹信息识别技术的发展与应用,包括一般指纹识别系统的原理,指纹数据的产生办法,指纹图像的预处理,以及提取特征、分类鉴定的各种方法,例如：结构方法,统计方法,人工神经网络方法,光电混合方法等,并进行了比较和分析。     

用于图像拼接的电视摄像光学系统

采用图像拼接的方法获得了大视场、高角分辨率的电视摄像。用单心球透镜将无穷远目标成一以球透镜球心为圆心的球面像,用围绕球透镜的中继物镜阵列中的每一个中继物镜,按各自对应的球面上的一部分,成像在面阵CCD像面上,最后经电视图像处理技术将这些图像合拼成一幅图像。本文还给出了一个中继物镜阵列最多可由20×20个中继物镜组成的设计结果,焦距为457.9 mm,视场为 120°×104.8°,像素达到85亿、角分辨率为8"。用3个这样的系统,还可以实现360°全景式高分辨率摄像。这是一个在军事侦查、机场安全监视、空中和地面预警、航天摄影以及体育报道等方面具有广泛应用前景的新型电视摄像技术。     

指纹识别技术的发展

指纹识别技术由于具有独特的防伪性、可靠性、方便性、实时性、灵活性、可接受性、安全性和兼容性，因而可广泛应用于公安、保安、机要军事、商业等领域。本文首先对指纹识别技术的技术背景做了较为详细的介绍，包括个人识别和特征识别、指纹识别及其优点、指纹识别的发展历史、其它识别办法的限制、指纹自动识别系统的发展现状等，然后对指纹识别技术的市场前景做了综述，包括指纹锁和指纹卡的潜在应用。总之，随着市场的推动和技术的提高，指纹识别应用领域将会越来越广泛，在人们生活中的作用也会越来越重要。     

指纹图像的定量化区域矢量编码与识别

为了识别一幅图像 ,通常需要对它进行编码 ,提取特征信息。大体上可以归纳为两类方法 :统计方法和语言(或结构 )学方法。两类方法各有优缺点。第一类方法很少利用图像本身的结构关系 ,而第二类方法则没有考虑图像在环境中所受的噪声干扰。因此把二者结合起来 ,各取其长 ,是可取的途径。在统计方法的基础上 ,考虑了指纹的结构特点 ,按纹理方向进行分组 ,对它们实行定量化编码 ,并由此建立了方向矢量样本形式 ,给出了试验结果。这种方法的样本数据量小 ,构造过程简单 ,匹配和识别的信噪比高 ,不易产生错误匹配和判别。     

照相物镜移植应用的研究

对于用逐步修改法设计光学系统,初始结构的选择是重要环节。除在典型形式中寻求初始结构外,也可以借鉴其它系统的光学结构进行相似创新。照相物镜移植应用指的是不同系统物镜因成像功能相似,故可实施光学结构的优化替代。本文研究了各种物镜成像功能的相似性,不同系统大孔径、大视场物镜光学特性的边缘性;根据像差理论阐明了照相物镜是大孔径、大视场系统理想的结构替代源;结合照相物镜丰富的光学结构资源的实际情况,指出移植应用是可行的。将照相物镜移植应用于其它系统大孔径、大视场物镜设计中,生产出与照相物镜结构相似、像质优良的镜头。实践证明了移植应用的实用性与可操作性。     

高极化纯度的超表面透镜设计与应用

针对超表面在透镜方面的应用,基于各向异性超表面单元设计了一款高极化纯度的聚焦超表面透镜,并探讨了其在高增益高极化纯度天线方面的应用.设计了一款具有极化滤波特性的各向异性超表面单元,单元对x极化波保持高透性的同时,对y极化波保持近乎为零的透射率.利用该型单元设计了焦距为30 mm、阵列大小为105 mm×105 mm、单元数为21×21的聚焦超表面透镜.根据光路可逆原理,焦点处发出的球面波被超表面透镜有效转化为平面波,从而达到提高天线增益的目标.实验中分别用不同极化形式的球面波照射聚焦超表面来研究超表面对不同极化波的控制特性.结果表明,x极化波照射时,超表面工作于透镜模式,球面波转化为平面波,天线增益大大提高;y极化波照射时,超表面类似于金属板,将入射波全部反射;x/y极化混合波照射时,天线增益大大提高,且极化隔离度高于25 dB,充分说明设计的聚焦超表面在提高x极化波增益的同时可高效滤除y极化波,达到了高增益高极化纯度的目标.     

逃逸函数算法及其在光学设计中的应用

用阻尼最小二乘法进行光学系统的优化 ,得到的结果往往是评价函数在结构变量空间的一个局部极小值。日本东京工艺大学的一色教授提出了能够跳出此局部极小值继续寻找其它结果的逃逸函数全局优化算法 ,该算法的运行由多个不加或加入逃逸函数的阻尼最小二乘法局部优化组成。描述了逃逸函数的基本原理 ,给出了北京理工大学研制的GOLD软件在加入了这种算法后对光学系统进行全局优化的设计实例。实验证明了逃逸函数算法是提高光学设计效率和质量的一种有效工具。