液晶自适应校正在眼底成像中的应用

眼底视网膜的病变不仅会导致眼睛本身的大部分疾病,而且可以反映人体的其他疾病。对人眼视网膜的精确观察可以对这些疾病进行早期诊断和预防,但由于人眼波前像差的存在会使获得的眼底图像难以达到临床诊断的要求,因此与自适应像差校正技术相结合的眼底视网膜成像课题具有极重要的研究意义。研究了自适应光学在眼底成像中的应用,并分析了自适应成像系统存在的问题及未来的发展方向。基于自适应技术的人眼视觉科学设备难以普及和商业利用的原因是缺少一种有效而且低成本的波前校正器。液晶自适应光学技术能够有效校正眼底成像系统的实时波前误差,提升系统的成像质量。介于自适应光学技术在眼底成像广阔的应用前景,自适应眼底成像系统将逐步走向产业化。     

哈特曼波前探测器波面重构精度研究

活体人眼波前像差的精确探测一直是人眼自适应成像系统波前探测和波前校正的难点。以Shark-Hartman波前探测器(S-H)和液晶空间光调制器(LCOS)搭建了一套活体人眼像差探测及眼底自适应成像系统。对Shark-Hartman波前探测器(S-H)波面探测精度的影响进行研究。在液晶空间光调制器LCOS施加同阶等大小的波前畸变,探测不同情况下的哈特曼波前探测器上的波面重构值并且加以分析,并对当前波前探测精度的自适应像差校正及成像结果进行对比分析。利用优化参数的哈特曼波前探测器进行自适应校正成像实验。实验证明,人眼动态像差的精确探测是自适应系统像差校正的基础。哈特曼波前传感器的波前探测及重构精度是获得人眼眼底视网膜的衍射极限分辨的根本,哈特曼波前传感器的子孔径数选择及子孔径大小对眼底自适应成像系统起到关键作用。     

AR/VR虚拟显示光学测量及IEC国际标准进展

 虚拟现实、增强现实技术近年获得快速发展,但虚拟显示的视觉舒适度、体验感和实用性仍有待提高。如何对虚拟显示的光学性能、图像质量等关键性能指标进行量化评价和准确测量,是产业界非常关注的问题。AR/VR虚拟图像与液晶显示屏等传统显示图像的成像方式不同,测量方法有较大差别,本文根据虚拟显示的成像方式,提出了模拟人眼的入瞳、视野、视角方向及光谱响应等特性的测量技术。同时,结合IEC TC110 WG12"穿戴显示"工作组的标准化工作情况,介绍了AR/VR虚拟显示光学测量方法国际标准化的进展。     

三通道微光夜视仪光学系统总体设计

微光夜视仪是专门研究在夜间低照度的条件下,利用光电转换技术解决改善人眼的视觉能力,从而实现夜间观察的一种高新技术,微光夜视仪借助微光或成像器件,利用光电子成像的方法,克服人眼在低照度下以及在有限光谱响应下的限制。本文在传统双通道双目微光夜视仪的基础上,优化得到了三通道微光夜视仪的技术方案,设计了性能优良的物镜光学系统。     

高速飞行器气动光学传输效应的工程计算方法

气动光学传输效应对飞行器光学成像探测系统的性能有着十分重要的影响，它使探测器接受的图像产生偏移、抖动和模糊。文章分析了目标光线通过流场时的光学传输特性，建立了流场光学传输特性的工程计算模型，描述了气动光学传输效应对成像探测系统影响的经验模型。在此基础上，对气动光学传输效应产生的像偏移、抖动和模糊进行了数值仿真，仿真结果表明，气动光学传输效应对成像探测系统的影响与飞行器的飞行参数、成像探测系统参数和探测器积分时间等密切相关。     

Phakic IOL 结构及植入位置对人眼视觉质量的影响*

以Hwey-Lan Liou眼模型为基础,构建近视及远视态人眼模型,利用ZEMAX光学设计软件通过光线追迹研究了不同结构的有晶体眼人工晶体(Phakic IOL)及植入位置对屈光矫正后人眼成像质量的影响。以Zernike标准多项式系数离焦项C4,及调制传递函数(MTF)对像质进行表征,结果表明:当植入位置固定,屈光度相同时,Phakic IOL厚度越小,对近视态人眼眼视觉矫正质量越好,对于远视态人眼,晶体厚度影响不明显,离焦项C4大小与人眼MTF曲线反应的人眼成像质量一致;在离焦矫正相同情况下,PIOL植入位置对眼光学系统成像质量基本无影响;凸凹结构的PIOL对人眼视觉矫正效果要优于其他结构。     

模型人眼的视网膜自适应成像系统

为了更好的进行人眼视网膜成像探测及人眼像差校正,建立了一套基于液晶波前校正器的模型,模拟人眼眼底的自适应成像系统。该系统采用Shark-Hartman波前探测器进行波面探测,将探测所得波前畸变经过计算处理转化为灰度图通过电脑施加到LCOS上进行波面校正,通过校正人眼像差的方式来提高系统成像质量。经过校正后,系统波误差从1．92μm降低到0．048μm系统分辨率接近70lp／mm已经到达该光学系统衍射极限分辨。可以满足低阶大像差情况下的模拟人眼视网膜成像要求。     

活体人眼视网膜自适应光学成像仪控制新总线

用通用串行总线（USB）技术简化活体人眼视网膜自适应光学成像仪复杂的传统工业计算机控制接口为通用计算机控制接口，用芯片间串行传输总线（ⅡC Bus）技术模块化成像仪的内部控制部件，增强成像仪使用的简易性和升级功能。     

眼检光学相干层析成像术

论述了光学相干层析成像(OCT)眼检系统的要求及基本原理,并对OCT眼检关键技术进行了探讨．指出了进一步提高纵向分辨率的方法,给出了OCT眼检装置对人眼视网膜细微结构的成像结果。     

迎接光子时代

对于光学成像而言,光比电的处理更省事,它类似"人眼",看物体完全是整体式的,整个物景一下子就进入眼中。而电学的处理则事先将其纵横分割,然后进行逐点逐行扫描,科学家把这种方式称为"串行处理"。前面所说的光学成像则具有"并行处理"的优势。光的另一种优越性是透镜的数字变换特性。激光问世之后,人们发现相干光照射下     

无波前传感器自适应光学在生物成像中的应用

获取生物体的高质量图像对生命科学的研究至关重要,但成像光学系统和生物体本身都含有像差,导致成像分辨率和对比度下降.由于不同生物体引入的像差不同且可能随时间变化,因此无法通过传统的光学设计手段进行补偿.发端于天文成像观测的自适应光学技术具有克服动态像差影响的能力,因此也可以用于生物成像中提高成像质量.传统自适应光学一般用波前传感器(如夏克-哈特曼传感器)测量波前误差,而近年来发展的无波前传感器自适应光学技术则省去了专用的波前传感器,不但简化了系统结构,降低了成本,还可以克服传统自适应光学的一些限制,具有良好的应用前景.本文在介绍无波前传感器自适应光学原理的基础上,重点讨论该技术在眼底成像和荧光显微成像方面的应用并对未来的发展提出展望.     

2022年光学热点回眸

回顾了光学领域在2022年的重大进展，盘点了光电子学、光物理、光物质相互作用、光学材料与结构、光学设计和仪器仪表、光学信息采集和处理、光子学交叉领域、光源与强场激光、生物学和医疗光学、视觉色彩等光学技术研究领域的研究热点，探讨了其在未来可能会对人类生存及生活方式产生的巨大影响。     

光纤非线性光学显微成像

在光学显微成像领域，基于光纤的小型非线性光学显微镜和内窥镜作为传统显微镜和其他光学成像方法的一种重要补充形式，近几年来受到人们的关注．该文介绍和总结了光纤非线性光学显微成像技术及其在生物医学中的应用．首先介绍了结合非线性光学显微技术和单模光纤耦合器获得小型非线性光学显微镜的方法；特别对基于双包层光子晶体光纤和微电机系统扫描镜的光纤非线性内窥成像系统进行了分析；最后通过消化器官的组织成像实验说明了光纤非线性光学显微镜的重要应用．研究证明了基于光纤和微电机系统MEMS扫描镜的非线性内窥镜的新概念，并用于生物组织的成像．     

2020年光学热点回眸

 回顾了光学领域在2020年的重大进展，盘点了微纳光学、强激光与超快光学、超分辨与成像技术、量子计算与光学通信、光束传输、生物光子学、量子光学、紫外光源、光束整形与探测、等离子体光学、人工智能、光伏光电、涡旋光和孤子光学等14个光学技术研究领域的重大进展，探讨了其在未来可能会对人类生存及生活方式产生巨大影响。     

自适应光学技术在天文观测中的研究进展

自适应光学技术克服大气湍流的干扰,使大口径光学望远镜的角分辨率不再受限于大气相干长度,成像接近光学系统的衍射极限.自适应光学技术在波前探测、校正和提高成像视场等方面的不断进步,极大地促进了天文学的发展.目前,天文观测中的自适应光学技术按应用主要分为三类:传统的大视场高分辨率天文观测、系外行星观测和太阳观测等.它们对自适应光学技术的要求各不相同,本文分别对自适应光学技术在这三方面的应用和其他关键单元技术的进展,进行了详细的总结与展望,这些对未来我国发展大口径自适应光学望远镜有参考价值.     

非相干衍射法在表面平度检验中的应用

提出了一种对材料表面平度进行测量和评价的光学和数字相结合的新方法。建立了表面水平侧影在非相干光学成像系统中的数学模型，把侧影看成是放在空间不变线性系统中的阶跃函数，在非相干光学成像系统中其图像输出即是在空间频率意义下阶跃函数的傅立叶交换。设计了一套实现上述测量的光学数字系统。并用数字信号处理技术消除背景噪声，对表面的不平斑粒进行模式识别和统计分类。最后实测衍射强度的纹波，分析成像系统的冲激响应，计算该系统的光学传递函数，从而评价整个系统的成像质量和精度。     

人眼通过针孔屏可看到太阳黑子的理论分析

人眼直接正视太阳时，看到太阳黑子概率非常小。而由相干成象的光学原理和光的统计性原理，找到了人眼通过针孔屏很容易观察太阳黑子的简便方法。     

全景环形透镜成像展开算法研究

全景环形透镜成像系统是一种新型光学成像系统,无需扫描便能一次性实现全景成像。这在实时性和成本方面比传统光学系统具有不可比拟的优势。但是,因为全景环形透镜基于平面圆柱投影原理,将全景三维空间成像压缩到一个二维的环形平面内,并不适合人眼正常的视觉观察,所以需要将其展开。本文对全景环形透镜的成像原理进行了深入的研究,基于简单的等值分份原理在MATLAB中对全景环形成像进行了展开。该算法不仅适用于全景柱面空间成像,也适用于全景三维空间成像。实验结果表明,展开后效果良好。     

光学导引系统的建模与仿真

在整个定点着舰过程中，飞机着舰下滑阶段的操纵难度和危险系数都是最高的，如何解决光学导引仿真中模型的准确度和视景特效的逼真度。是定点着舰仿真应用的重中之重。为了解决上述问题，根据光学导引秉统成像原理以及飞机、舰之间的几何关系，实时计算光学下滑道，建立了仿真平台的数学模型，并给出了状态方程。在基于VP平台的视景系统中，采用“立体光面”和动态缩放光晕的方法建立菲涅尔助降灯阵和迎角指示器的模型，保证了模拟着舰过程中飞行员视觉的逼真度。以美F-16飞机模型，进行了多次计算机仿真着舰，试验数据表明：在理想条件下光学导引仿真平台模型正确可信，飞行员着舰质量明显提高，能够起到导引着舰的作用。     

离散成像系统的光学传递函数

分析了含有离散探测器阵列的离散光学成像系统存在传递函数的条件及由于离散探测器采样不足而产生的混谱现象，并针对离散探测器的特点提出了平均离散点扩散函数概念，综合以上因素，建立了离散光学成像系统的统计光学传递函数理论。