1 上海理工大学 光电信息与计算机学院, 上海 200093
2 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
数字PCR（dPCR）技术作为传统PCR技术的更新迭代, 有着绝对定量的特点, 在新冠病毒核酸序列检测、癌细胞探测等生物学领域有着巨大的潜力。现有的dPCR荧光检测系统在检测通量、检测速度以及成本之间难以做出合理的权衡。由于成像视野小、需多次图像拼接极大影响了dPCR荧光检测系统效率和时间。文章构建了一套采用大视场荧光显微设计的多通道dPCR检测系统实验平台, 依托该实验平台, 运用Zemax软件优化结构, 改进显微成像物镜设计, 能够实现直径18mm的全视场范围FAM、HEX、ROX三种荧光通道分辨率在6μm的多通道成像。采用随机霍夫变换算法(RHT)图像处理分析方法, 对常规均匀“圆孔”和新型“雪花”、“树枝”等非均匀结构的微流控荧光芯片, 均能实现高效检测, 得到清晰、稳定的荧光图像。
应用光学 数字PCR 光学设计 荧光显微镜 微流控芯片 applied optics digital pcr technology optical design fluorescence microscope microfluidic chip
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
激光焊接的熔融深度即匙孔深度能够表征焊缝的结合强度，反映焊接质量。光学相干层析成像技术（OCT）能够在焊接过程中无损测量匙孔深度。但是OCT探测光束在匙孔内的多重反射会导致测量结果不能准确反映待测深度。针对该问题，采用基于偏振OCT的匙孔深度测量方法，消除多重反射光的影响，提高测量的准确性。将圆偏振光入射至待测匙孔得到OCT信号，计算出带有匙孔深度信息的附加相位差图像，利用附加相位差对信号进行筛选，去除多重反射导致的错误深度，得到待测匙孔的真实深度。使用所提方法对铝制匙孔样品进行测量，得到的匙孔深度测量误差为1.6%，而常用的百分位滤波方法的测量误差为23%。实验结果证明了所提方法的有效性。
激光技术 激光焊接 光学相干层析成像 匙孔深度 偏振 中国激光
2023, 50(20): 2002106
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
为了解决短基线双目内窥成像系统获得的视频图像在裸眼3D显示设备中观看到的视频纵深感和立体感较弱的问题，通过分析双目内窥镜的参数以及立体视频中图像对的视差，提出了基于短基线双目内窥成像系统的立体视频校正和视差调整方法。首先，对采用的双目结构内窥系统进行相机标定，获取各相机参数和相机间的位置参数；其次，利用获得的参数进行相机视频校正，再针对裸眼3D显示设备对视频源的参数要求进行图像对的视差调整，最终获得符合裸眼3D立体显示设备要求并适合人眼观看的双目内窥系统实时显示立体视频。通过实验验证了方法的可行性，实际搭建了一套基线距离为8 mm的短基线双目内窥成像系统，原始视差范围(0，64)像素，经视差调整后达到（−30, 30）像素，双路并行视频处理25 帧/s并实时显示。与实验室设计的裸眼3D立体显示系统匹配，可实现具有明显立体感的医用内窥镜实时裸眼3D成像。
图像处理 双目视觉 立体视频 视频校正 image processing binocular vision stereo video video correction
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
渐进多焦点镜片以其独特的优势崭露头角, 适用人群越来越广泛。为了对其进行快速、精确检测, 提出了一种低成本、装置简单、易操作的渐进多焦点镜片屈光度检测方法。基于透射式条纹偏折法, 通过对镜片引起的光线偏折角进行计算可以快速得到整个镜片屈光度的分布。文中对屈光度检测方法的优缺点进行综述。对透射式条纹偏折法原理进行了分析和研究; 构建了基于透射式条纹偏折法的实验装置, 介绍了系统中的相机标定和相位解算技术; 对渐进多焦点镜片进行屈光度检测实验, 对结果进行分析, 并与VM-2000进行数据对比实验。结果表明该方法能有效、快速地检测渐进多焦点镜片的屈光度分布, 也可推广应用到其他透镜的检测。
条纹偏折法 相位测量 相机标定 自由曲面 屈光度 fringe deflection method phase measurement camera calibration Free-form surface diopter
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
柱透镜式裸眼3D显示系统近年来在各个领域发展迅速。为了进一步解决柱透镜式裸眼3D串扰问题, 提出一种通过平移LCD图像面板上的像素位置, 并减小像素间隔和调整柱透镜倾斜角度来降低柱透镜光栅自由立体显示器相邻视点间串扰的方法。针对双视点柱透镜式裸眼3D显示系统分析其串扰原因, 计算了柱透镜厚度、节距、焦距以及曲率半径等参数, 分析了LCD图像面板像素位置、柱透镜倾斜角度、像素间隔与串扰面积及莫尔条纹厚度之间的关系, 在保证莫尔条纹厚度不变的情况下降低了视区边缘最大串扰度。采用Lighttools软件对上述方法进行仿真, 对像素数为120×60的局部区域进行模拟, 结果显示改进前后视区边缘最大串扰度由50%降低至30%, 最佳视点串扰度由0.93%降低至0.32%, 且最佳视点区域扩展了±15mm, 对降低柱透镜式裸眼3D串扰具有借鉴意义。
裸眼3D 柱透镜光栅 串扰 莫尔条纹 Glasses-free 3D cylindrical lens grating crosstalk moiré fringe
上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
利用偏振相机实现瞬时相移获取光弹条纹的方法缺乏定量误差及补偿分析。圆偏场瞬时光弹相移法的误差主要是1/4波片与光源波长不匹配造成的。首先，基于Stokes矢量和Mueller矩阵，从理论上推导了光弹特性的误差及补偿方程，讨论了样品应力方向角和相位延迟量的误差分布。结果表明：等差线条纹误差正比于失配值；等倾线条纹误差是非线性的，但正比于失配值的余弦，反比于两个光强之差。然后，分析了光源谱线宽度对补偿效果的影响，结果显示谱宽的限制与波长成正比，与失配误差成反比。最后，结合对径受压圆盘的模拟和实验验证了误差分析及补偿方法的正确性，并论述了等倾线应力方向分离的问题。
测量 光弹 相移法 误差分析 光学学报
2022, 42(21): 2112002
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
应力检测对光学元件的制造和使用意义重大。基于应力双折射原理，提出了一种利用偏振相机测量应力分布的方法。根据Stokes矩阵和Mueller矩阵推导出应力值及应力方向计算公式，并对影响系统测量精度的主要误差进行了理论分析。为验证方法的可行性，搭建了一台测量应力分布的装置。使用该装置测量一块633 nm的四分之一波片，测得其误差为0.86 nm。进一步测量，得出一块车灯透镜的全场应力相位延迟量与应力方向图，利用所测相位延迟量计算出透镜中心区域的应力双折射值为9.21 nm/mm、主应力差为2.45 MPa；利用符号规则调整了透镜的应力方向，结果符合应力连续性原则。该方法测量应力分布时无需旋动光学元件，可实现应力延迟量及应力方向的实时测量。
应力测量 应力双折射 偏振相机 Stokes矩阵 stress measurement stress birefringence polarized camera Stokes matrix
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 上海市现代光学系统重点实验室， 上海 200093
紫外显微检测系统在生命科学及半导体工业等领域具有越来越广泛的应用，筒镜是无限共轭显微系统的重要组成部分。针对目前紫外显微筒镜系统对变倍性能的要求与变倍精确性之间存在的矛盾，设计了一款工作波段为355~500nm，具有三倍率、高分辨率、大视场及低畸变特性的近紫外-可见筒镜系统。其结构特殊之处在于由共用前固定组和齐焦后更换组构成，可通过更换后组实现筒镜放大倍率的准确切换。使用Zemax软件对筒镜系统进行优化设计，并分析了系统的像差和调制传递函数。设计结果表明: 系统在三种倍率模式下，空间频率70lp/mm处系统各视场的MTF均接近衍射极限; 畸变均小于0.5%，具有高相对像面照度，在合理的公差参数下能较好地满足设计指标，可适配多种紫外显微物镜进行准确的显微检测成像。
应用光学 光学设计 紫外显微系统 筒镜 变倍 applied optics optical design ultraviolet microscopic system tube lens zoom
