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．     

透镜顶焦度的电子测量系统

描述一种透镜顶焦度的电子测量系统的结构、原理及其数据采集与处理.设计的测量系统主要由测量用准直光源、投影光学系统、图像数据采集和分析系统等组成.在该设计中,取消了复杂的光学器件及机械结构,代之以CCD相关硬件及图像处理为核心的电子自动测量系统,使得测量变得方便快捷,提高了测量精度.实验证明,所设计的焦度计有较高的测量精度(0.05 m-1)和较大的测量范围(-25～+25 m-1),该系统可广泛用于医院和眼镜店等.     

宫腔内窥显示仪

叙述作者研制的宫腔内窥显示仪的原理及各组成部分的设计方法,该仪器采用了反摄远物镜,Ｈｏｐｋｉｎｓ棒状镜中转系统,ＣＣＤ器件,冷光源,显示及记录再现系统,使用时可由目镜直接观察宫腔内窥图象,与此同时该图象也显示在监视器上并可用记录器记录。     

红外变焦距光学系统的研究

基于战场环境要求红外光学系统不仅可以兼顾大视场搜索,还能够满足小视场瞄准跟踪的需求,针对160×128元非制冷焦平面阵列探测器,设计了8~12μm波段折射式长波红外连续变焦系统。该系统变焦过程中相对孔径不变,F数为3,变倍比为15∶1,在20~300 mm范围内可连续变焦。用ZEMAX光学设计软件对设计结果进行像质评价,结果表明,系统的调制传递函数接近衍射极限,成像质量优良,满足光学系统的设计要求。     

医学超声-OCT内窥成像系统的研究

超声-OCT内窥成像系统将超声、OCT扫描成像技术与内窥成像系统相结合，充分发挥三者各自的优势，是医学成像诊断技术的一项新进展．对超声．OCT内窥成像系统的原理进行阐述，设计用于该系统的扫描探头结构，分析图像坐标变换的过程，最后通过实验对系统的可行性进行了验证．     

变焦距物镜高斯光学参数的求解

针对变焦距物镜设计中高斯光学参数求解的难点，利用几何光学和乘子罚函数法对单变倍组与单补偿组、双组连动和多组元全动型等变焦距系统的高斯光学参数求解进行了研究，给出了系统高斯光学参数的求解方法．给出的计算方法不仅可用于求解多组元全动型系统的高斯光学参数，对简单系统的变焦参数求解也有效。     

新型极细径光纤内窥系统

南开大学承担的天津市科学基金项目“新型极细径光纤内窥系统的研究”设计并研制的“细径柔性光纤显微内窥镜系统”是集微光学、微机械和IT技术为一体的先进微创介入疗法的理想器械。细径光纤内窥镜的工作部分外径在毫米量级，光学系统的分辨率达显微分辨能力。由于这些特点，它可在极小的创伤下进入到人体狭窄弯曲部位，对病变组织进行显     

医用内窥镜微型监控系统

介绍了基于直径1mm电磁型微型电动机的硬管内窥镜全范围监控系统的设计思想，并对系统各部分作了详细的说明，该系统不仅可对内窥镜前端视野进行观察，而且可对内窥镜物镜侧面360度范围内进行监视，在医学领域有很大的应用价值。     

紧凑型变焦镜头的设计

随着新型材料的出现,变焦系统的结构也发生了跃变,变焦结构向着小型化,低成本的方向发展,依据前人研究成果,利用光学软件CODEV设计了一个简单的小型变焦系统。该系统成像位置的场曲都控制在0．001以内,畸变最大也控制在0．03,具有结构简单,成像质量好,成本低等特点,经过像质评定完全满足日常生活中对取景摄像的需要。     

一种微型变焦系统的设计

为适应某些特殊领域对微型化和简单化的需要,运用光学设计软件CODEV,在传统机械补偿式变焦镜头的基础上,结合非球面透镜理论,设计了一个可见光波段的只有一个移动镜的4片式微型变焦系统。此系统具有结构简单、精度高、成本低、体积小等特点,可满足在变焦范围内连续清晰成像的要求。     

双显微数字散斑相关测量的光学系统研究

基于桥梁变形测量的数字散斑测量系统,提出一种近距离测量形变的双显微测量系统,能消除刚性位移,提高测量精度.针对实现双显微数字散斑测试技术所需光学镜头,根据成像原理,设计出满足需要的与CCD相匹配的双显微物镜.采用满足设计要求的4倍的显微物镜进行试验,通过实验验证,设计合理,满足所需精度.     

50倍显微物镜的计算机辅助设计

阐述了一种显微物镜的光学设计过程。首先确定物镜的光学结构,再通过几种计算机辅助设计方法,最终设计出成像质量优良的物镜。     

一种基于体绘制的交互式实时虚拟内窥镜算法

为了实现一种更好的虚拟内窥镜算法，在分析虚拟内窥镜和体数据可视化方法的特点的基础上，提出了一种基于透视投影体绘制的交互式实时虚拟内窥镜算法。该算法运用了动态数据精简技术，提出了视点3D漫游路径的快速自动生成方法和交互式内窥显示方法，能方便医生实时观察与诊断。并对传统面绘制中的光照计算加以修改，应用于内窥体绘制过程，以生成3D效果逼真的虚拟内窥镜图像。在微机平台上实现的基于体绘制的虚拟内窥镜系统，验证了该算法的实时性和所生成图像的质量。     

显微鬼成像系统的分辨率研究

传统光学显微镜的分辨率受到波长和物镜数值孔径的限制,难以再有很大的提高.近年来,逐渐发展成熟的鬼成像技术为进一步提高显微成像系统的分辨率带来了新的方法,它通过对探测光路和参考光路信号的关联运算来重建目标物体.本文分析了双臂式显微鬼成像系统各面上的二维光场分布,给出了系统的二阶关联函数并推导出了具体的分辨率公式.通过理论分析和仿真实验,发现系统相比普通光学显微镜能够显著地提高成像的分辨率,并且分辨率随参考臂透镜数值孔径的增大而增大.系统可用于提高光学显微镜或数值孔径受限的光学系统的分辨率.     

基于CCD与单片机技术的自动焦度仪

检测眼镜片的度数(顶焦度D)一般使用基于调焦成像的目视式焦度计,由于被测镜片的后表面曲率(弯度)各不相同,镜片后顶点与焦度计物镜后焦点不相重合,产生离焦误差,致使在检测高度数(D>15m-1)眼镜片时误差过大,造成产品不合格。通过分析目视式焦度计测量眼镜片顶焦度的原理及其误差来源。设计了一种基于CCD与单片机技术的自动焦度仪,研究了使用软件对离焦误差进行自动校正,实现了焦度计测量的自动化并提高了测量精度。     

基于液晶空间光调制器的程控变焦透镜

提出一种利用显示在两个程控液晶空间光调制器（LC—SLM）上的菲涅尔透镜建立程控变焦成像系统的方法．通过对该系统的理论分析,得出了成像系统的放大率与两个菲涅尔透镜焦距之间的关系式．在此基础上利用Matlab设计了系统所需要的菲涅尔透镜,对该成像系统的成像特性进行了计算机模拟研究,并讨论了LC—SLM的抽样基元大小与成像质量的关系．最后,建立了相应的光学实验装置,并给出了与计算机模拟相一致的实验结果．     

基于高倍物镜的相位显微成像方法

当前基于干涉技术的相位显微成像方法已经被广泛研究,但基于非干涉方法(相位恢复)的相位显微成像研究还很少.本文将相位恢复与显微成像技术相结合,提出并论证了一种基于高倍物镜的相位显微成像方法,适用于微米级相位型物体的显微成像.该方法简单有效,针对高倍物镜显微系统的特性,采用同时移动CCD及显微物镜的拍摄方法,解决了传统拍摄模式下,高倍物镜的采样距离无法满足成像关系的问题.通过CCD采集物面在不同传播的距离衍射放大像,利用测得的强度信息重建物体相位信息.采用直径5μm的聚苯乙烯微球作为待重建样品,使用100×物镜进行显微成像实验.相位分布重建结果反映了样品真实高度的分布变化,证明了该方法的有效性.与基于干涉技术的相位显微方法相比,该方法所使用的实验装置更加简单,易于操作且成本更低.对于生物细胞或组织等相位型样品的厚度或折射率分布测量具有实际应用意义.     

基于小波变换和立体视觉的发动机内窥研究

提出一种基于小波变换及立体视觉技术相结合的发动机内窥检测系统。系统由平行光轴双CCD内窥镜及内窥图像处理系统两部分组成,内窥图像处理子系统接收平行光轴双CCD内窥镜采集到的航空发动机内表面图像,对可能存在的损伤缺陷进行识别,并计算出损伤长度、面积、深度等数据。内窥图像处理子系统中,针对发动机内窥图像特点,采用Gauss小波变换方法对图像进行特征提取、立体匹配：利用双目立体视觉技术,三维重建出损伤区域的原貌。本检测系统可以弥补传统检测系统的缺陷,提高检测精度,缩短检测时间,从而保障航空发动机的安全运行。实验结果表明,系统准确有效。     

基于多波长数字锁相检测的光学拓扑成像方法

光学拓扑成像方法作为现有脑功能成像模态极为有益的补充,可量化脑组织中血红蛋白的氧合状况,对临床诊断和治疗工作有着非常重要的意义.但目前已推出的光学拓扑成像系统价格昂贵,较难推广,为此设计了一种结构简单、成本较低的基于数字锁相检测技术的光学拓扑成像系统,目的是以设定的源-探测光纤阵列,量化组织体浅层区域的血红蛋白浓度的变化.该系统将两路不同波长的激光信号耦合后作为辐射光源,以数字锁相技术同步检测输出光强;并以修正的Beer-Lamber定律为模型计算每对相邻的源-探测光纤处大脑皮层活动前后血红蛋白的浓度变化量.     

一种远程LED照明监控系统的设计

利用STC单片机结合以太网驱动模块,设计一种基于以太网的远程发光二极管(LED)照明监控系统.该以太网驱动模块由RTL8019以太网芯片及相关外围电路组成,利用电量采集芯片AD7755对整个系统所耗电量进行采集,采用大功率LED恒流驱动方案,并利用可调光芯片CAT4109和脉宽调制(PWM)技术对LED灯实现调光.结果表明:设计的系统可实时采集系统所耗电量,可对灯的亮度、色温进行远程调节.