福建师范大学 光电与信息工程学院 医学光电科学与技术教育部重点实验室 福建省光子技术重点实验室,福建 福州 350007
为了满足信息化时代对高清鱼眼镜头的应用需求,利用CODE V和Zemax光学软件设计了一款匹配16 mm(1英寸)CCD的大孔径玻塑混合鱼眼镜头。该系统可在光谱为486 nm~656 nm以及850 nm范围内清晰成像,视场角为210°,F数2.0,焦距为4.1 mm,F-Theta畸变小于7%,边缘照度大于68%。常温下,该系统在奈奎斯特频率91 lp/mm处0.707视场MTF大于0.5,全视场MTF大于0.35。?40 ℃~+75 ℃状态下0.707视场MTF大于0.3,全视场MTF大于0.2,满足高低温环境下的使用要求。系统采用7片式玻塑混合的结构形式,具备大视场角、大靶面、大光圈等特征,可广泛应用于高清摄像、安防监控、工业生产等领域。
光学设计 鱼眼镜头 大靶面 消热差 optical design fish eye lens large target surface heat dissipation difference
福建师范大学 光电与信息工程学院 医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建省光子技术重点实验室,福建 福州 350007
变焦光学系统不仅适用于照相、监控以及显微等日常生活中,还被广泛应用于航空航天及**建设等领域。随着应用范围的扩大,对其性能指标的要求也越来越多,该文设计了一款15 mm ~300 mm的宽光谱四组元连续变焦光学系统。该系统采用正组补偿结构实现了20×的光学变焦,工作在450 nm~900 nm光谱范围,工作温度范围为?40 ℃~60 ℃;采用了18片球面玻璃镜片,总长160 mm,最大口径66 mm,长焦F数优于5,系统结构紧凑,满足小型化要求。系统在可见光波段,中心视场的调制传递函数(modulation transfer function, MTF)>0.4@145 lp/mm,全视场MTF>0.2@145 lp/mm;在近红外波段,中心视场MTF>0.45@60 lp/mm,全视场MTF>0.2@60 lp/mm。从设计结果可以看出,该设计满足高性能指标要求,对于宽光谱、大变倍比、小型化的变焦光学系统设计具有一定的参考意义。
变焦光学系统 宽光谱 大变倍比 小型化 光学无热化 zoom optical system wide spectrum large zoom ratio miniaturization optical athermalization
西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
糖尿病是一种表现为高血糖的糖代谢异常疾病, 如果血液中的葡萄糖水平长时间保持非常低或非常高, 则可能导致包括组织损伤、 中风、 心脏病、 失明和肾衰竭等严重疾病。 根据世界卫生组织(WHO)的数据, 目前全球约有4.5亿糖尿病患者。 随着糖尿病患者的数量增加, 对于血糖检测仪器的需求也日益迫切, 由于目前普及的有创侵入式血糖检测仪器会给患者带来不便和疼痛, 甚至会引发感染, 长此以往会给病人带来不可避免的生理及心理压力, 因此实现无创血糖检测具有重要的临床应用价值。 光电容积脉搏波(PPG)包含丰富的人体心血管生理病理信息, 针对于时域难以观察的PPG信号中与血糖浓度变化相关的频谱信息, 提出基于谱分解的无创血糖检测新方法, 利用连续小波变换(CWT)对脉搏波信号进行分解, 从对应尺度和细节分量的频谱中获取与血糖浓度值变化相关的频谱分量幅值信息, 研究发现PPG信号频谱分量幅值的变化与血糖浓度变化值之间存在较高的相关性, 通过口服葡萄糖耐糖实验(OGTT)对检测的血糖浓度值与获取的相关PPG信号频谱分量幅值进行偏最小二乘回归建模, 并对建立的模型进行评估, 校正集的最大RMSEC为12.47 mg·dL-1即0.69 mmol·L-1, 预测集的最大RMSEP为6.21 mg·dL-1即0.35 mmol·L-1, 模型的血糖浓度预测值与参考值之间的一致率为96.00%。 OGTT实验结果表明, 采用谱分解法可以有效分离出血糖分子基团振动特征吸收光谱, 血糖频谱分量建模可以最大程度地减小生理变异性和各种环境条件的影响。 模型的预测结果符合国家检测标准(>95%)。 克拉克网格误差分析结果表明, 该方法检测的结果可以用于患者日常血糖监测。
光电容积脉搏波 小波变换 血糖 谱分解 Photoplethysmography Wavelet transform Blood glucose Spectral decomposition 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2378
1 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系, 安徽 合肥 230027
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
遥感信息定量化要求高精度的光谱辐射定标技术支撑, 使传感器获取数据可比较性、测量精度和长期稳定性得到保证, 溯源于低温绝对辐射计的定标技术是发展趋势.为提高红外绝对光谱响应率定标精度, 在一种薄膜热电堆传感器上加装镀金反射半球, 研制了红外陷阱探测器作为标准传递探测器.利用电替代技术, 测试了红外陷阱探测器光谱响应线性、空间响应均匀性和稳定性.通过溯源于低温绝对辐射计的光谱辐射定标系统, 标定了其在1.1~3.0 μm短波红外波段的绝对光谱响应率, 合成不确定度小于1%.将红外陷阱探测器应用于红外光谱辐射定标, 可缩短低温绝对辐射计的红外光谱功率标准传递链路并提高定标精度.
红外辐射定标 红外陷阱探测器 低温绝对辐射计 不确定度 infrared radiometric calibration infrared trap detector cryogenic absolute radiometer uncertainty
1 广西玉柴机器股份有限公司, 广西玉林 537005
2 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室
3 天津大学电子信息工程学院, 天津 300072
为了获取某种型号内燃机工件的三维形貌数据, 设计了线结构光非接触方式的移动扫描测量系统。探索出了以虚拟双目立体视觉原理为理论基础的相机光心平移轨迹所在直线的方向余弦标定的实现方法, 从而确定由系统中各局部坐标系变换到系统全局坐标系的旋转矩阵 R和平移向量 T, 进而求出系统中各个局部坐标系原点在系统全局坐标系下的坐标值, 最后得到相机光心移动轨迹所在直线的方向余弦。探索出利用相机的移动距离及方向余弦将局部坐标系数据转换至全局坐标系的计算方法, 扫描获取了某种型号柴油机缸盖的三维形貌点云数据, 在此基础上设计算法从中提取出气道口的中心坐标, 测量精度较高。采用逆向工程软件对工件进行了表面重构, 结果与实际表面特征信息吻合良好。
线结构光 三维形貌 虚拟双目立体视觉 line structured light three-dimensional morphology virtual stereo vision
中国科学院安徽光学精密机械研究所 遥感研究室,合肥 230031
采用新的方法对波长范围1~3μm的红外探测器绝对光谱响应率进行定标。红外探测器的光谱响应率定标是在两套定标系统上利用两种参考探测器实现的。首先在红外光谱比较系统上利用一个平响应的腔式热电堆探测器作为参考探测器,测量待测红外探测器相对于标准探测器的连续光谱响应率;然后在可见-近红外定标系统上,利用低温辐射计和激光器在几个单立波长上进行绝对光谱响应率测量。这样,通过计算就能得出待测红外探测器在每个波长上的绝对光谱响应率。采用上述方法对TS-76探测器进行光谱响应率定标,联合不确定度小于0.95%。
辐射定标 光谱响应率 红外光谱比较系统 不确定度 radiometric calibration spectral responsivity IR SCF uncertainty
中国科学院 安徽光学精密机械研究所 遥感室,合肥 230031
对近红外辐射功率光谱绝对响应率的定标技术进行了研究。设计了一种制冷扩展波长型的InGaAs探测器,为了使其能够作为功率传递的标准探测器工作在(1.2~2.5)μm波长范围,对探测器的光谱响应率进行了测量。首先在1260 nm波长下进行绝对功率传递的标定试验,然后用基于红外单色仪的光谱比较系统(SCF)测量了探测器的相对光谱响应率。结合2个步骤的数据,最终可以得到探测器的绝对光谱响应率。
光谱响应率 近红外探测器 探测器定标 spectral responsivity near-infrared detector detector calibration
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所遥感研究室,安徽,合肥,230031
2 中国科学院研究生院,北京,100039
3 解放军炮兵学院信息工程系,安徽,合肥,230031
从红外遥感信息定量化的发展要求出发,分析了测辐射热计、热电堆探测器和热释电探测器的响应特性,选择薄膜热电堆探测器TS-76作为传递标准探测器.搭建高精度光谱响应率定标系统,使用宽波段可调谐激光器和绝对低温辐射计对TS-76探测器的线性、空间均匀性以及重复性进行了标定.按照国际通用不确定度评估规范,对光谱响应率测量结果进行不确定度分析和评估,联合不确定度小于1.5%,并根据实验结果提出实现高精度中远红外辐射定标的技术方案,证明基于热电堆探测器的红外辐射定标技术可以有效缩短标准传递的链路,提高定标的精度.
红外遥感 薄膜热电堆 红外探测器 红外辐射定标
中国科学院安徽光学精密机械研究所遥感研究室,合肥 230031
在比较国际上基于低温辐射计的红外辐射定标技术的基础上,提出了以红外光源结合单色仪为辐射源,及以腔式热电堆探测器和低温辐射计为标准探测器的红外辐射定标方案。介绍了其结构和工作原理并给出了初步的定标结果。
红外辐射定标 低温辐射计 腔式热电堆探测器 单色仪