液晶光谱成像技术研究进展

液晶光谱成像技术是基于液晶可调滤光片的新型光谱成像技术.利用向列相液晶材料的电控双折射效应,液晶可调滤光片可在工作谱段内进行连续光谱调谐,实现光谱成像系统的小型化、多用途、实时控制.获取高空间分辫率和高光谱分辫率的光谱图像,是今后航天航空遥感的一个重要发展方向.结合液晶光谱成像技术的国内外研究进展,分析了其目前存在的主...     

一种永磁磁共振中磁体涡流场的测量方法

磁共振成像（Magntic Resonance Imaging,MRI）技术是一种先进的医疗影像技术.在MRI系统中,通过梯度线圈电流快速切换方向,对待测区域施加梯度磁场,产生的梯度磁场会在其周围的金属体内激发出变化的涡旋电场,进而导致金属体内闭合的回路中产生对原来的梯度电流起抑制作用的感生电流,也就是我们所说的涡流.本文介绍了一种测量磁体涡流场的方法,结合电磁感应定律,设计了一种磁体涡流场测量装置,通过硬件采集以及软件处理的方法,将理想梯度场与实际磁场进行相减并将波形实时呈现,实验结果表明该方法可实现对磁体涡流场的测量.     

变延迟进动定制激发(DANTE)序列在工程中的优化设计

变延迟进动定制激发（Delays Alternating with Nutation for Tailored Excitation,DANTE）序列作为一种黑血预脉冲序列,通过连续施加小角度激发脉冲,以及结合散相梯度,使得流动物质和静态物质达到不同的稳态,从而抑制流动的血液.对于静态物质而言,施加DANTE序列后在图像等间隔的位置会出现暗条纹,暗条纹的宽度与梯度幅值和小单元持续时间乘积相关：乘积越大,暗纹宽度越小.对于动态物质而言,为达到较好的抑制效果,需要增加整个DANTE序列模块的准备时间,并且增大梯度幅值和小单元持续时间的乘积.因此,该方法对于梯度系统的要求较高,而实际梯度放大器（Gradient Amplifier,GPA）有一定的限额.在有限的GPA条件下,为使得DANTE序列具有更好抑制流动信号效果,本文在读出方向以及片层旋转两个方面进行了梯度优化,实现了更好的黑血效果.     

Two-dimensional photon counting imaging detector based on a Vernier position sensitive anode readout

A two-dimensional photon counting imaging detector based on a Vernier position sensitive anode is reported. The decode principle and design of a two-dimensional Vernier anode are introduced in detail. A photon counting imaging system was built based on a Vernier anode. The image of very weak optical radiation can be reconstructed by image processing in a period of integration time. The resolution is superior to 100 μm according to the resolution test. The detector may realize the imaging of very weak particle flow of high-energy photons, electrons and ions, so it can be used for high-energy physics, deep space exploration, spectral measurement and bio-luminescence detection.     

基于叠栅技术的二维亚波长周期结构成像设计

用光子学方法研究了叠栅技术中,当试件光栅被拉压和旋转后,叠栅条纹的空间周期和相对于基准光栅的取向,试件光栅被拉压后的节距等相关问题。根据衍射光波的空间周期可能大于试件光栅空间周期的特点,对二维亚波长周期结构衍射成像进行了设计研究。首先,对二维亚波长周期结构衍射物进行编码,以获得包含编码光栅空间信息的均匀波;其次,使编码得到的均匀波通过光学系统,并被放大到CCD相机所能辨识的大小;再次,经解码光栅解码,滤掉编码波,最终获得二维亚波长周期结构物的空间结构信息,达到超分辨的目的。同时,对成像过程进行了较为详尽的分析,对编码器、解码器的位置以及它们相对衍射物的取向进行了设计研究,对滤波器的选择给予了必要的说明,指出了取得超分辨成像的关键。     

用于校准能见度仪的标准散射体定标系统中光学系统的误差分析

为了实现用于校准能见度仪的标准散射体的快速高精度定标,依据标准散射体校准前向散射式能见度仪的校准原理,建立定标系统中光学系统的误差分析方法.分析标准散射体定标系统的工作原理,结合其光学系统、机械结构的加工及装调偏差,建立了标准散射体定标系统的光学系统模型并设计实验证明其正确性.分析影响定标系统中光学系统精度的主要误差,得到标准散射体定标系统中光学系统的误差传递模型.通过对畸变偏差、像面位置偏差、主点位置偏差、像面倾斜偏差和焦距偏差的分析,提出了一种系统综合误差分析的方法并建立了综合偏差模型,对每个偏差单独分析,得出畸变偏差、像面位置偏差、主点位置偏差、像面倾斜偏差和焦距偏差的偏差范围依次为0.024 mm,0.399 mm,0.02 mm,0.28 rad和0.392 mm.该研究为提高用于校准能见度仪的标准散射体定标系统的精度以及校准时误差的来源分析与补偿提供理论依据.     

高衍射效率衍射望远镜系统的设计/加工及成像性能测试

为提高衍射效率,设计并制作了口径为300mm的衍射成像系统.该系统的物镜是由一块四台阶位相型菲涅尔波带片通过激光直写套刻和Ar离子束物理刻蚀技术在石英玻璃基板上加工而成.测试了衍射物镜的衍射效率,实验结果表明:衍射物镜在波长632.8nm处的衍射效率为66.4%,达到理论值的82%.搭建了衍射成像系统光路,分别采用10μm星点孔与分辨率板,测试了系统的成像性能.实验测得星点像直径为44μm,分辨率板的极限分辨率达到84lp/mm,接近该系统的理论计算值,表明该衍射成像系统具有较好的成像性能.     

竞争性自适应重加权算法和相关系数法提取特征波长检测番茄叶片真菌病害

基于竞争性自适应重加权算法(CARS)和相关系数法(CA)特征波长选择方法,提出了利用可见-近红外高光谱成像技术检测番茄叶片灰霉病的方法。首先获取380～1 023 nm波段范围内80个染病和80个健康番茄叶片的高光谱图像,然后提取染病和健康叶片感兴趣区域(ROI)的光谱反射率值,作为番茄叶片灰霉病鉴别模型的输入来建立支持向量机(SVM)鉴别模型,训练集和验证集的鉴别率都是100%。研究进一步通过CARS和CA提取特征波长,分别得到5个(554, 694, 696, 738和880 nm)和4个(527, 555, 571和633 nm)特征波长,然后分别建立CARS-SVM和CA-SVM鉴别模型。结果显示,CARS-SVM模型中训练集和验证集的鉴别率都是100%,CA-SVM模型中训练集和验证集的鉴别率分别是91.59%和92.45%。以上结果说明了从可见-近红外高光谱图像中提取的光谱反射率值用于检测番茄叶片的灰霉病是可行的。     

可见-近红外高光谱成像结合化学计量学分辨人面部信息

人的面部信息与指纹和虹膜一样可以用于人的身份鉴别,并且相比之下更容易实现远距离的分辨和识别。利用高光谱成像技术可以应用到人脸识别领域并获取丰富的信息和庞大的成像数据量,需要采用化学计量学方法才能充分提取其中包含的有效信息,并为计算机识别奠定基础。研究了可见-近红外高光谱成像技术对人的面部信息进行分析的可行性。结果表明,多元曲线分辨-交替最小二乘方法不同于主成分分析,能够通过主成分纯光谱和相对浓度等具有具体物理化学意义的数据表征人的面部信息,而且可以方便地根据成像数据的特点施加运算中的约束。另外,采用偏最小二乘判别分析的方法实现了对不同肤色的皮肤信号光谱进行分类。白种人和黄种人的面部高光谱信息特征相似,分类难度高于深色皮肤人种。     

基于多级微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪:原理及数据处理

介绍了一种基于多级阶梯微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪的原理及数据处理方法.仪器利用一块多级阶梯微反射镜取代传统迈克尔逊干涉仪中的动镜以实现静态干涉,通过摆镜扫描使目标物体成像在不同的子阶梯反射面上从而获得目标物体不同光程差的干涉信息.某一时刻,目标物体经摆镜与前置成像系统后在平面镜与多级阶梯微反射镜上形成两个一次像点,两个一次像点被平面镜和多级阶梯微反射镜反射之后经后置成像系统最终成像在探测器焦平面上.平面镜与多级阶梯微反射镜之间的高度差会使到达探测器的两束光的光程差不同,因此探测器焦平面上可以获得目标物体的二维空间信息及一维干涉信息.根据多级阶梯微反射镜参数及光学系统设计参数计算得到摆镜步进角度为0.095°.利用实验获得的三维数据立方体进行了图像拼接与光谱复原.针对子阶梯反射镜存在宽度差异的问题,提出了一种基于极坐标霍夫变换的图像分割方法.为缓解拼接全景图中的间断线效应,将图像变换到HSI颜色空间并插值拟合其亮度分量后再变换回原空间.对拼接后的干涉图像进行了降维、去直流、寻址、切趾、相位校正、傅里叶变换及光谱分辨率增强等处理,完成了光谱复原工作.复原光谱分辨率为194 cm-1,优于设计指标(250 cm-1).