Author Affiliations
Abstract
1 Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Jilin Yataizhongke Medical Equipment Engineering Technology Research Institute Holding Co., Ltd., Changchun 130000, China
4 Department of Biomedical Engineering, Binghamton University, State University of New York, Binghamton, NY 13902, USA
5 Jilin Provincial Key Laboratory of Photoelectric Equipment and Instrument Advanced Manufacture Technology, Changchun 130033, China
6 Changchun UP Optotech Holding Co., Ltd., Changchun 130033, China
We report on two strategies to design and implement the galvanometer-based laser-scanning mechanisms for the realization of reflectance confocal microscopy (RCM) and stimulated Raman scattering (SRS) microscopy systems. The RCM system uses a resonant galvanometer scanner driven by a home-built field-programmable gate array circuit with a novel dual-trigger mode and a home-built high-speed data acquisition card. The SRS system uses linear galvanometers with commercially available modules. We demonstrate video-rate high-resolution imaging at 11 frames per second of in vivo human skin with the RCM system and label-free biomolecular imaging of cancer cells with the SRS system. A comparison of the two strategies for controlling galvanometer scanners provides scientific and technical reference for future design and commercialization of various laser-scanning microscopes using galvanometers.
galvanometer reflectance confocal microscopy stimulated Raman scattering skin imaging cancer cells Chinese Optics Letters
2020, 18(12): 121703
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 吉林大学 机械科学与工程学院, 吉林 长春 130000
4 吉林亚泰中科医疗器械工程技术研究院股份有限公司, 吉林 长春 130000
5 吉林大学 中日联谊医院, 吉林 长春 130000
为了更好地实现无创、实时、动态的皮肤层析成像, 提高成像信噪比, 需要对反射式激光共聚焦系统性能进行全面的评价。在此引入结构函数进行变尺度波前评价。首先对结构函数的基本数学性质进行了推导, 着重分析了不同尺度的波像差在结构函数中的体现; 之后, 利用数值仿真对Zernike多项式进行了分析, 验证了结构函数对低阶像差的表征能力。由于显微镜在使用时必然需要穿过皮肤组织, 故在检测过程也需要考虑人体组织的影响, 分析了其对系统信噪比的影响; 最后, 对实际显微镜系统的波前进行了分析, 得到系统标校后的信噪比为95.7 dB, 验证了方法的正确性与可行性。通过变尺度评价方法, 可以对无创成像系统进行更加全面的评价, 并可以有效地指导类似设备的检测装调工作。
波像差 功率谱密度 共聚焦显微镜 结构函数 wavefront error power spectral density confocal microscopy structure function 红外与激光工程
2019, 48(3): 0317001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
4 吉林大学 机械科学与工程学院, 吉林 长春 130022
5 吉林亚泰中科医疗器械工程技术研究院股份有限公司, 吉林 长春 130000
为了实现高斯圆斑向平顶线斑的转化, 提出了一种用于高斯光束整形的三反射镜光学系统。利用环形面对两个相互垂直方向的光线会聚、发散作用不同, 标准球面具有旋转对称性质, 以及二次曲面系数、非球面系数可以实现高斯分布转化为平顶分布的原理, 采用ZPL语言与自动优化结合的方法完成了系统设计。设计得到了一个方向平顶的矩形光斑以及平顶线斑, 整形效果良好, 并结合在光学相干层析(OCT)系统中对样品照明或扫描的实际要求, 通过小角度(±2°)旋转系统第一个反射镜对所得线斑进行扫描, 在扫描角度内可以实现线性扫描(扫描范围约为10 mm×11 mm)。结果表明, 该三反射镜系统满足轻量化、结构紧凑、不受工作波长影响的要求, 是一种可行、有效的方案。
光学系统设计 光学相干层析 激光光束整形 反射镜系统设计 optical system design optical coherence tomography laser beam shaping mirror system design 光学 精密工程
2018, 26(11): 2654
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了提高星敏感器地检设备中图像采集的便携型,设计了基于千兆网接口的星敏感器图像显示与存储系统.系统硬件平台包括输入图像解码与输出图像编码两部分,以AX88180和M88E1111为关键器件,在FPGA的控制下完成CameraLink图像到千兆网图像的协议转换,上位机软件通过Socket和多线程技术采集实时原始图像.通过实际应用证明,该系统满足图像数据的传输速度要求,能够方便地实现星敏感器图像的显示与存储.
星敏感器 图像 千兆网 star sensor image CameraLink CameraLink Gigabit Ethernet
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对光电经纬仪短焦、大视场红外图像光学、机械、设备组装引入畸变较大的情况, 借助光电经纬仪硬件平台, 设计了自动打点控制、图像采集程序, 并使用了分区修正靶面畸变的算法。试验表明: 分区后, 使用最小二乘法迭代模型系数, 用于后续的精度计算, 可以显著提高全视场测角精度。原有的人工打模型点时间为 3.5 h, 使用伺服自动控制打模型点方法后, 可以在 20 min内完成。
红外图像 光电经纬仪 畸变校正 自动控制 infrared image theodolite distortion servo auto control
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
提出一种基于贝叶斯估计和剪切波变换相结合的图像去噪算法。对含有加性高斯白噪声的图像进行剪切波变换, 得到各尺度各方向上的剪切波系数; 利用剪切波系数的相关性, 以当前子带剪切波系数为中心, 选取尺寸合适的邻域窗口, 以该窗口为单位, 在贝叶斯最大后验概率准则下推导出基于剪切波系数为拉普拉斯先验分布的最大后验估计表达式和子带阈值, 再通过软化处理达到系数收缩的目的; 对处理后的剪切波系数反变换, 得到处理后的图像。实验表明, 与传统的小波域去噪算法相比, 该方法获得了明显的峰值信噪比增益, 主观视觉效果也得到了改善。
贝叶斯估计 剪切波 图像去噪 bayesian estimation Shearlet transform image denoising
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033
临近空间领域的探测对未来战争将发挥无法估量的作用。提出了利用地面光学无源探测设备 对临近空间的目标飞行器进行探测的设计方案。文中对临近空间目标的光谱特性做了细致分 析，给出了系统应用多谱段进行探测的必要性。给出了探测系统的硬件架构。从光学系统的 焦距和对比度两个方面详细分析了系统的设计指标。假设目标的直径为20 m，太阳高角为15°， 当光学系统的焦距大于280 mm时，目标与背景之间的对比度为0.33。从理论上证明该系统方案 是有效可行的。
临近空间 多谱段 光学探测 焦距 对比度 near space multispectral optical detection focal length contrast
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对光电经纬仪跟踪测量过程的红外高炮序列图像的弹点目标, 进行了相关研究。结合目标弹道轨迹规律, 动态预测下一弹点位置, 以预测点为中心的小范围图像区域内, 使用最大类间差 OSTU阈值法分割图像, 对分割后的二值化图像进行连通性分析, 提取出目标的脱靶量。以分辨率 640×512的 1000帧红外序列图像为实验数据, 能够在 2 min内自动处理完成, 且目标提取准确度 99%以上。
红外序列图像 光学测量 目标弹道轨迹 IR serial image optical measurement trajectory OSTU OSTU
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
2 中国科学院 研究生院，北京100049
为了弹痕的自动比对，建立了基于结构光的子弹三维纹理信息获取系统。由于在采集三维信息时子弹的中轴线与采集系统的y坐标轴很难做到完全重合，这需要进行相应的坐标旋转，尤其是在子弹变形时，无法利用子弹近似圆柱提取这一信息，这都给弹痕提取带来了很大的困难。本系统采用高斯逼近滤波器的方法获取高斯滤波中线，然后将三维弹痕信息与高斯滤波中线相减，进而提取出子弹的弹痕信息。利用冲激响应不变法设计了十二级的IIR型数字高斯滤波器，所设计的高斯逼近滤波器最大幅度偏差只有1.38%，大大优于ISO11562规定的2.5%的最大幅度偏差。此方法使得弹痕提取过程更简单，提取结果更精确，对后续弹痕比对的准确率有明显的提升。
三维纹理 弹痕特征 高斯滤波器 高斯滤波中线 3-D texture bullet feature Gaussian filter mean line by Gaussian filter
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院，北京 100039
针对该系统数据量大、传输速度高、存储时间长等特点；为保证系统稳定性，解决丢帧与错帧问题，采用多线程技术，创建显示、存储、同步三个并发执行线程，并根据实际工程项目经验，对串口读写次数加以控制，存储成方便操作的一个大文件。实验表明：实际应用在图像分辨率320×256下（最高测试过1280×1024），像素宽度14 位，连续存储30min 以上，帧出错率为0，远低于项目的精度要求标准（帧出错率万分之三），通过判读软件回放，图像清晰，靶目标判读精确，应用到某工程项目中。
红外图像 位图bmp 实时显示 高速存储 infrared image bitmap real-time display high-speed storage
