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Abstract
Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials of Chinese Academy of Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China
High-speed target three-dimensional (3D) trajectory and velocity measurement methods have important uses in many fields, including explosive debris and rotating specimen trajectory tracking. The conventional approach uses a binocular system with two high-speed cameras to capture the target’s 3D motion information. Hardware cost for the conventional approach is high, and accurately triggering several high-speed cameras is difficult. Event-based cameras have recently received considerable attention due to advantages in dynamic range, temporal resolution, and power consumption. To address problems of camera synchronization difficulties, data redundancy, and motion blur in high-speed target 3D trajectory measurement, this Letter proposes a 3D trajectory measurement method based on a single-event camera and a four-mirror adaptor. The 3D trajectory and velocity of a particle flight process and a marker on a rotating disc were measured with the proposed method, and the results show that the proposed method can monitor the operational state of high-speed flying and rotating objects at a very low hardware cost.
event camera 3D trajectory experimental mechanics Chinese Optics Letters
2022, 20(6): 061101
上海中医药大学附属普陀医院泌尿外科, 上海 200062
目的: 总结应用VELA-铥激光低功率下整块切除浅表性膀胱肿瘤的临床应用经验, 并评估其疗效及安全性。方法: 自2017年5月至2019年5月间, 应用经尿道VELA-铥激光治疗浅表性膀胱肿瘤患者40例, 其中男性25例, 女性15例, 平均年龄64.15岁±10.35岁(49～81岁)。结果: 40例患者均在全麻下一次手术成功, 平均手术时间(25.54±7.13) min, 单个肿瘤平均切除时间为(15.9±4.24) min, 无一例因术中大出血或穿孔终止手术或改行其他术式, 未出现术中闭孔神经反射, 术后无一例出现严重的出血及感染。术后平均留置导尿时间为72 h, 术后平均膀胱冲洗时间为(12.50±4.25) h。平均随访时间(14.20±2.13)个月, 随访期1年内每3个月复查膀胱镜, 1年后每6个月复查膀胱镜, 累计复发3例, 复发率7.5%。结论: 经尿道VELA-铥激光整块切除浅表性膀胱肿瘤无严重围手术期并发症, 短期复发率低, 是治疗多发浅表性膀胱肿瘤的一种可选的安全、高效的手术方法。
膀胱肿瘤 铥激光 整块切除 低功率 bladder tumor thulium laser en bloc resection low power
1 中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室, 安徽 合肥 230027
2 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
与传统的有基底FPA(焦平面阵列)相比, 基于全镂空支撑框架结构的新型无基底FPA在热学特性上存在显著差异, 传统的基于恒温基底假设的热学分析模型不再适用, 因此, 通过电学比拟方法, 将无基底FPA的热响应特性等效为电学模型.通过该模型, 进一步分析了无基底FPA在非真空环境下的热学性能, 分析表明: 该无基底FPA具有在大气压下优良的红外成像性能, 其NETD(噪声等效温度差)值仅比真空环境下增加了数倍.
非制冷红外成像 等效电学模型 电学比拟 光学读出 焦平面阵列 uncooled infrared imaging equivalent circuit model electrics and holistic approach optical readout focal plane array
中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室，安徽 合肥230027
在基于刀口滤波技术的光学读出的非制冷红外成像技术中，光学元件的反射会在CCD靶面引入杂光光斑，使得检测到的光强信号中FPA的像所占比例降低，因此降低了光学检测灵敏度.采用偏振光学读出系统，即在光路中添加偏振片、四分之一波片，利用对透射光和反射光的偏振方向有选择的偏振分光棱镜代替原有分光棱镜，用偏振光原理消除光路中光学元件的反射杂散光，使FPA像在CCD靶面接收到的光强中所占比例大幅度增加，进而提高光学检测灵敏度.偏振光路检测实验结果显示,检测灵敏度比非偏光实验提高了约47%，与理论分析值一致.
光学读出 非制冷红外成像 偏振光 四分之一波片 optical readout uncooled infrared imaging polarized light quarter wave plate
1 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为与设计重点实验室, 安徽 合肥 230027
2 北京空间飞行器总体设计部, 北京 100094
3 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
光学读出红外热成像系统中，焦平面阵列（FPA）反光板的初始弯曲降低了系统的光学检测灵敏度。针对FPA的设计制作，提出了两种降低其反光板初始弯曲的优化设计方案：减薄反光板上金层厚度和制作带加强筋的反光板。在理论分析的基础上，设计制作了单元尺寸为200 μm的反光板金层减薄FPA，其反光板曲率半径提高至原来金层未减薄FPA的4.71倍，系统光学检测灵敏度提高了5.2倍；单元尺寸为60 μm的反光板带加强筋FPA，其反光板曲率半径提高至原来没有加强筋FPA的4.29倍，系统光学检测灵敏度提高了1.18倍。实验验证了理论分析的结果。
成像系统 焦平面阵列 非制冷红外成像 薄膜 微梁
1 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室, 安徽 合肥 230027
2 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
不同于传统的非制冷红外成像技术，提出了基于微电子机械系统(MEMS)的新概念光学读出非制冷红外成像技术。它的光学读出系统基于空间刀口滤波原理，具有高灵敏度、高分辨率和高抗震性等优点，但同时也受到了反光板的弯曲变形、粗糙度等复杂因素的影响。在大量实验数据的基础上，利用夫琅禾费近场衍射理论，建立了复杂因素下光学灵敏度的理论分析模型，详细分析了刀口滤波位置、反光板的长度、曲率半径、粗糙度、LED光源的强度以及扩展宽度等对光学灵敏度的影响，并提出了通过极限操作使系统的光学灵敏度最大化的光学优化方法。
成像系统 光学读出 非制冷红外成像 焦平面阵列 无基底
1 上海大学 力学系,上海 200444
2 北京长城计量测试研究所,北京 100095
3 中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室,安徽 合肥 230027
提出了一种基于二维连续小波变换的电子散斑干涉(ESPI)条纹图相位提取方法。通过检测二维小波脊确定条纹相位,并引入条纹频率作为向导,有效地避免了相位解调过程中的符号奇异性问题,从而使该算法既能处理开条纹图也能处理闭条纹图,且对散斑噪声具有较强的抑制能力。数值模拟和实验结果表明,该方法在抑制散斑噪声的同时能够有效地提取出条纹相位,对开条纹图和闭条纹图都能处理。
图像处理 相位提取 电子散斑干涉条纹图 小波变换 散斑噪声
1 中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室, 安徽 合肥 230027
2 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
在刀口滤波光学读出方法的基础上, 讨论了反光板弯曲的情况下, 刀口滤波方法的光学检测灵敏度与反光板 长度之间的关系.分析表明, 在反光板曲率半径一定的情况下, 光学检测灵敏度首先随着反光板长度的增加而增 大, 达到最大值后随着反光板长度的增加而减小.对于不同曲率半径和长度的反光板, 分析给出反光板长度 L 和曲 率半径 R 在满足 L 2 /R=λ ( λ 为照明光波长)时, 光学检测灵敏度达到最大值.实验测量了已制作的像素尺寸分别 为200μm, 120μm和60μmFPA的光学检测灵敏度, 其实验结果和理论分析一致.
非制冷红外成像 双材料微悬臂梁 光学读出 焦平面阵列 uncooled infrared imaging bi-microcantilever optical readout FPA
中国科学技术大学 近代力学系,安徽 合肥 230027
提出了一种基于伽博(Gabor)滤波的散斑条纹图平滑方法。通过加窗傅里叶运算提取散斑条纹图的条纹频率和条纹梯度方向,并利用它们确定具有频率和方向选择性的Gabor滤波器对散斑条纹图进行Gabor滤波。数值模拟和实验结果表明,该方法在滤除散斑噪声的同时能够有效的保留散斑条纹图的条纹结构,为从单幅散斑条纹图中进一步提取条纹相位场奠定了良好的基础。
图像处理 伽博滤波 散斑条纹图 散斑噪声 条纹梯度方向 条纹频率 加窗傅里叶运算
1 中国科学院微电子研究所,北京 100029
2 中国科学技术大学 中国科学院材料力学行为和设计重点实验室,合肥 230037
针对热机械光读出非制冷红外成像系统缺乏系统级噪声模型的问题,本文提出了一种光电耦合模型。此模型以光电耦合器件的模式体现了光读出非制冷红外系统的噪声隔离特性。基于此模型,文中将系统噪声划分为由焦平面阵列(FPA)引入的内部噪声和由于光读出系统引入的外部噪声。理论计算显示,系统的内部噪声对应的噪声等效温差(NETD)为5.94mK。实验结果显示,系统的外部噪声对应的NETD与系统的总噪声对应的NETD相当,为98mK。此结果说明,理论模型中对内部噪声影响的推断是合理的,且光读出成像系统的噪声主要源自外部噪声。
非制冷 红外成像 噪声 建模 焦平面阵列 uncooled infrared imaging noise modeling MEMS MEMS FPA
