便携式癌细胞荧光显微成像系统的设计与实现

根据荧光成像在癌症诊断分析中的机理,选择高效率的光学系统,配合高精度的半数字式对焦技术和智能图像采集融合技术,实现高性能便携式癌细胞荧光成像系统。系统选择多波段的LED光源;采用科学级面阵互补金属氧化物半导体(CMOS)探测器,配合散斑抑制二向色镜,降低背景干扰,提高检测灵敏度;采用半数字式对焦技术,实现显微镜高精细的自动对焦;采用FPGA+万兆网的结构,实现图像数据的高速传输。实验表明,基于该系统可制成质量为4 kg、功耗不到20 W的便携式癌细胞荧光成像设备,实现清晰的多谱段癌细胞荧光成像和快速检测。     

近红外荧光染料对胃癌细胞的特异性识别*

测试近红外荧光(near infrared fluorescence,NIRF)染料IR-783对胃癌细胞的特异性识别。将转染荧光素酶luciferase的人胃癌传代细胞SGC-7901皮下移植于裸鼠,7 d后分别使用NIRF染料IR-783和荧光素酶底物进行活体荧光成像和生物发光,测定肿瘤部位ROI(region of interest)值,连续检测并绘制NIRF强度与生物发光强度相关性曲线;选择前期建立的胃癌PDX(patient-derived tumor xenografs,PDX)模型免疫组织化学检测肿瘤组织中CEA与CK8/18的表达,确定移植瘤与原发肿瘤病理学一致性;将SGC-7901细胞和来自PDX模型的胃癌细胞分别培养24 h,分别加入线粒体示踪剂(mito-tracker)或溶酶体示踪剂(lyso-tracker),30 min后加入IR-783染料,在荧光显微镜下观察近IR-783染料在胃癌细胞中的结合部位;将正常胃上皮细胞分别与转染GFP的SGC-7901细胞和来自PDX模型的胃癌细胞共培养24 h后,加入IR-783染料,在荧光显微镜下观察近IR-783染料对胃癌细胞的特异性识别。活体成像结果显示,IR-783染料能够特异性的聚集于人胃癌裸鼠移植瘤部位;NIRF强度与luciferase强度的相关性达99%以上;PDX肿瘤与原发肿瘤中CEA与CK8/18表达均呈强阳性;荧光显微镜下检测到NIRF染料不仅能够特异性识别传代胃癌细胞,同时也能识别来自PDX模型的肿瘤细胞,并优先集聚在肿瘤细胞的线粒体与溶酶体中。近红外荧光染料IR-783能够特异性识别胃癌细胞,可用于胃癌模型的成像研究,是肿瘤治疗的一种潜在工具。     

偏振干涉成像光谱仪中CCD的成像分析

光谱仪采集目标像的干涉图最终需要通过CCD系统来成像,为了能得到更高的图像分辨率和成像质量,需要不断优化CCD成像系统。偏振干涉成像光谱仪CCD成像系统一般包含两个部分：一是通常所说的光学成像系统,另一部分是CCD图像传感器采样记录系统。本文通过分析和描述CCD的采样过程。来讨论光谱在CCD成像过程中的频谱传输特性,并论述由于离散采样过程带来的频谱混迭对CCD成像系统中成像质量的影响。     

基于视觉仿生技术的成像系统设计

基于生物视觉特性的成像系统设计是视觉仿生领域目前的研究热点。本文设计了两种生物视觉成像系统,分别是昆虫复眼成像系统和鸟类视觉成像系统。其中昆虫复眼成像系统为2×2的阵列光学系统,通过结构设计完成拼接;鸟类视觉成像系统为双光路光学系统,分别模拟了鸟类视网膜上的双中央凹系统。成像质量完好,验证了设计方法的科学性和准确性,具有一定的参考意义和应用前景。     

声光可调滤波器成像光谱仪后置成像系统设计

为进一步提高声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter,AOTF)成像光谱仪的结构紧凑度,同时保证高成像质量,针对光谱仪成像系统的整体方案,设计了一种对称式、双远心结构的后置成像系统。仿真结果表明,该成像系统的物像共轭距可达到100 mm,在空间频率为40 lp/mm时,调制传递函数平均值为0.5,成像质量满足拟研制的AOTF成像光谱仪的设计要求。     

波前编码成像系统浅析

波前编码成像技术是一种景深延拓非常有效的方法,本文在简单介绍波前编码成像原理的基础上,并具体介绍了波前编码成像系统在实际光学系统如显微镜、红外成像系统以及虹膜识别系统中的应用,最后指出波前编码成像系统实际存在的问题。     

一种基于相关处理的制冷CCD系统噪声评估方法

通过对CCD成像系统的噪声分析,从相关检测理论出发,提出制冷CCD成像系统噪声测量方法,该方法只需要对同一景物连续拍摄两帧图像就可快速计算出成像系统的噪声,可以实现对成像系统噪声的连续实时测量.测量结果表明:相关噪声测量方法可以克服或减小环境影响,测量过程简便易进行,有望成为光电成像系统,特别是制冷CCD成像系统噪声测量的有效方法.     

基于MRTD和MTF的热成像系统综合性能评价方法的对比

在最小可分率温差(MRTD)信道宽度的热成像和调制传递函数(MTF)信道宽度的光电成像系统性能评价方法的基础上,通过实际热成像系统性能的理论模拟和实际观测试验,对比分析了两种方法对于评价热成像系统综合性能的一致性及系统主要参数变化对匹配效率的影响. 两种方法描述的系统最佳放大率与实际情况一致,且基于MRTD信道宽度的热成像系统性能评价方法与实际观察具有更好的一致性,适合热成像系统综合性能的评价. 结果表明,该方法对于研究光电成像系统的优化设计具有理论意义.     

折反射全景成像系统综述

本文首先简单地介绍了各种类型的全景成像系统,然后对折反射全景成像系统近几年的研究现状及成果进行分析,着重对不同类型的折反射全景成像系统原理进行了分析比较。最后讨论了折反射全景成像技术的应用前景和未来发展。     

微光成像系统三维噪声测量及其分析

为了分别从时域和空域对微光成像系统的噪声特性进行测量和分析,分别建立了微光成像系统三维噪声模型及其测量系统,并对微光ICCD成像系统和CCD成像系统的三维噪声进行了测量与分析.测量结果表明:随着ICCD像增强器光阴极面照度的提高,空间噪声、时间噪声、信号总平均值和信噪比均升高,符合微光ICCD成像系统的实际性能.通过三维噪声分析,实现了区分微光ICCD(或CCD)成像系统中由成像面缺陷和死像素点形成的两种固定图案噪声,且对光锥耦合技术进行定性的评价.     

雾霾天气下可见与红外成像系统性能研究

根据MIE散射理论,计算了雾霾天气下可见和红外波长范围内的气溶胶的消光系数和成像系统的水平探测距离.结果表明在雾霾天气下,随着波长的增加,消光系数减小,水平探测距离也随之增加.并在雾霾天气下使用不同波长的可见和红外成像系统进行成像对比实验,验证了上述结论.证明了红外成像系统在雾霾天气下成像性能优于可见光成像系统,可用于解决雾霾天气下能见度急剧下降的问题.     

立体成像系统数学模型和视差控制方法

立体成像技术是电视技术新的发展方向．为此提出并建立了立体成像系统的数学模型，对平行成像系统和会聚成像系统进行比较，推导了产生舒适立体图像的最大水平像素差离散值的取值范围，为立体成像的视差控制提供了理论依据．实验验证了立体成像系统数学模型是正确的，可作为研究、设计和研制立体成像系统、处理立体图像信号的参考。     

二维声子晶体负折射成像效应及其分辨率对比

采用有限元分析方法,研究了声子晶体负折射现象与板厚度的关系.通过对比分析声子晶体单板成像系统和串联式声子晶体多板成像系统,结果发现多板系统的像点强度较强,但分辨率却高于单板系统.利用串联式声子晶体多板成像系统可以提高成像质量.     

光栅投影轮廓测量系统的标定方法

提出一种光栅投影测量物体轮廓的新系统,它对投影系统和成像系统没有严格的位置要求,新系统引入摄像机定标技术,在系统搭建时一次完成对成像系统和投影系统的参数标定.通过投影条纹图和成像条纹图的对应关系得到空间投影平面和成像直线的方程,它们的交点就是物体的空间坐标.该方法对系统结构没有平行性和垂直性的要求,也不要求成像系统光轴与投影系统光轴相交于参考面,工程上容易实现.图5,表1,参8.     

被动毫米波成像系统的发展状况及其关键技术

 毫米波对大气具有良好的穿透性并能提供较好的角分辨率,因此被动毫米波(PMMW)成像技术越来越受到重视。为科学设计PMMW成像系统,本文在分析被动毫米波成像原理、系统组成及辐射特性的基础上,重点阐述了国内外被动毫米波成像的最新进展及关键技术,包括主要器件、系统和信号处理方法等,并提出了被动毫米波成像的发展方向和应用领域。     

雾霾天气下可见光与红外成像系统性能研究

根据MIE散射理论,计算了雾霾天气下可见和红外波长范围内的气溶胶的消光系数和成像系统的水平探测距离。结果表明在雾霾天气下,随着波长的增加,消光系数减小,水平探测距离也随之增加。并在雾霾天气下使用不同波长的可见和红外成像系统进行成像对比实验,验证了上述结论。证明了红外成像系统在雾霾天气下成像性能优于可见光成像系统,可用于解决雾霾天气下能见度急剧下降的问题。     

合成孔径微波辐射计成像模拟与结果分析

在分析合成孔径微波辐射计成像理论的基础上,发展了一个切合实际的成像模拟系统,针对成像模拟实验结果,分析了辐射计的一些主要技术参数对成像性能的影响,结果表明,选择最佳合成孔径微波成像辐射计系统的技术参数是保证实际系统具有最佳性能的关键．     

双能量乳腺X射线成像噪声分析与评价方法

针对双能量乳腺X射线成像结果易受到成像噪声影响的问题,提出了一种新的用于评价成像噪声对双能量计算结果影响的方法.该方法首先采用乳腺体模在两台临床常用的乳腺X射线成像系统中用双能量曝光,计算出成像噪声大小,并根据双能量成像物理模型推导出双能量计算结果对成像噪声的敏感度指标公式,然后依据公式和成像噪声水平评价敏感度大小.使用该评价方法对成像噪声引起的钙化图像背景区域的波动值以及钙化点的对比度信噪比值进行研究,仿真结果表明,成像噪声对双能量计算结果的影响较大,对于Essential系统,成像噪声会给钙化图像背景区域带来100～120μm的波动;对于DS系统,波动为160～200μm.Essential系统的性能明显优于DS系统,更适合于双能量乳腺X射线成像.     

热成像系统最佳角放大率的研究

根据眼－脑视觉理论，研究了热成像系统角放大率。结果表明：热成像系统存在在最佳角放大率。给出了最佳放大率的确定方法；讨论了电视型热成像系统的最佳观察距离。所得结果可用于热成像系统性能分析和系统总体设计以及夜视系统的人机工程设计等。     

一种改进的太赫兹主动成像系统

利用卡塞格伦反射镜组自行搭建了一套反射式太赫兹主动成像系统,以商用肖特基二极管探测太赫兹信号,进行室温下的太赫兹快速成像.系统采用二维旋转式扫描,相较于光栅扫描,其扫描速度得到了大幅提高.通过大量实验发现该太赫兹成像系统,仅对铜柱成像效果较好,对其他物体成像效果不佳,甚至无法成像.通过对其可能存在的问题进行分析,利用数学建模的方法重新构建系统扫描轨迹,解决了成像物体形变的问题.此外,采用狄洛尼三角剖分算法对采集的数据点进行插值运算,进一步改善了系统的成像质量.实验结果表明,改进后的太赫兹主动成像系统不仅成像结果形变小,而且对一些复杂结构的物体,仍能获得较好的成像效果,对于促进该系统应用于安检等领域有着重要的意义.