动中成像模式可实现卫星在大角度快速机动过程中成像,满足遥感观测多样化、定制化、精细化需求。分析了动中成像地面实验系统的基本原理,并在实验室搭建了一套面向动中成像模式的地面实验验证系统。该系统采用高精度、高稳定的动态气浮靶标和基于外触发信号的相机积分时间调整方法。研究了成像质量和光强的关系以及成像质量和相机探测器积分级数、卫星机动角速度的关系,开展了自定义运动曲线的动中成像实验。结果表明,在相机探测器线性区内,不同机动角速度与探测器积分级数获取的图像动态调制传递函数(MTF)值的范围为0.0918~0.1054,满足工程应用(0.1附近)的要求,且MTF值与机动角速度、探测器级数无关。动中成像实验中系统运行稳定,动态MTF值在0.1015±0.0098之间。

为定量分析动态漂移时的像旋对成像质量影响的程度,基于动态环扫成像理论,建立一种静态影像与动态漂移间的融合模型。然后结合面阵CMOS相机成像特点与动态运动特性,提出对像旋矢量进行分解处理再融合的仿真模拟方法,设计了一种动态环扫画幅影像像旋仿真分析方法,获取了不同动态成像参数下的模拟影像。最后利用成像幅宽、地面分辨率、成像系统信噪比、峰值信噪比及结构相似性等指标对模拟影像进行定量评估分析。仿真结果表明,相机曝光时间越长,成像系统信噪比越高,像旋越大,成像质量越差,结构相似性越小。研究结果可为未来多种动态成像模式设计中减小像旋影响、提高相机成像质量提供有效的参考。

在显微成像中,基于光强传输方程的双相机动态相位成像是定量观测活细胞运动的一种有效方法。但是相机安装带来的误差使得两个相机的视场之间存在一定差异,导致利用光强传输方程求解获取的相位不准确。为此,提出了一种基于棋盘格标定的双相机图像校正方法,以消除相机间视场的不匹配问题,校正后的匹配精度可达到亚像素级,大大提高了相位成像的正确率。首先对标准微透镜阵列进行定量成像测量,验证所提方法的准确性和可行性,再对游动的雨生红球藻细胞进行动态相位成像,成像结果表明该方法在动态生物成像领域具有一定的应用前景。

提出了一种实现动态目标散射成像的方法。通过四步相移干涉法测量得到光学传输矩阵,数值仿真了相位共轭、Tikhnov正则化和全变分最小化三种重建算法对透过散射介质的不同动态目标的跟踪与重建,并搭建实验装置,验证了此方法的可行性,分析比较了三种算法的重建能力。结果表明,全变分最小化算法的重建效果最好。该方法为生物医学领域中透过散射介质对动态目标成像提供了新思路。

超敏捷卫星动中成像模式相比传统推扫和敏捷机动模式,具有很大的效能提升和多种新型成像方式,但对空间相机在动中成像新模式下成像带来较大困难和挑战。首先分析超敏捷动中成像模式的原理特性,明确卫星快速机动过程中成像给空间相机对地观测带来的影响。然后开展动中成像下成像质量研究,以实际卫星可见光相机参数进行模拟分析,确立实现动中良好像质对速高比、积分级数的约束条件并进行参数优化设置。同时,对未来进一步提升动中成像下的成像质量提出攻关方向。研究成果对超敏捷卫星动中成像新模式下空间相机成像参数的确定具有指导意义,能够直接实现新模式下成像性能的大幅提升。

根据色散型成像光谱仪静态和扫描成像两种工作模式的特性, 提出了通过狭缝法测试成像光谱仪系统静态的调制传递函数(modulation transfer function, MTF), 通过刀口法测试系统扫描成像的MTF的完整的测试方案, 并给出了测试实例。刀口法给出了系统扫描成像时沿扫描方向和垂直扫描方向的MTF; 狭缝法采用虚拟狭缝代替成像光谱仪的自身狭缝测试了系统静态时的MTF, 两者测试结果基本吻合。虚拟狭缝法对于其他存在狭缝的成像光谱仪系统成像质量的测试具有借鉴意义。

With the rapid development of life sciences, there is an increasing demand for intravital fluorescence imaging of small animals. However, large dimensions and limited working distances of objective lenses in traditional fluorescence microscopes have limited their imaging applications mostly to superficial tissues. To overcome these disadvantages, researchers have developed the graded-index (GRIN) probes with small diameters for imaging internal organs of small animals in a minimally invasive fashion. However, dynamic imaging based on GRIN lens has not been studied extensively. Here, this paper presented a fluorescence endoscopic imaging system based on GRIN lenses using one-photon and two-photon excitation. GRIN lenses with 1.15 mm diameter and 7.65 mm length were used in the system. The images were acquired by a compact laser scanning imaging system with a resonant galvo-mirror system to scan the laser beam and a photomultiplier tube (PMT) to detect fluorescence signals. Experimental results showed that this system using two-photon excitation could implement dynamic fluorescence microendoscopic imaging and monitor the movement of blood flow beneath the skin in anesthetized mice while producing images with higher contrast and signal to noise ratio (SNR) than those using one photon excitation. It would be a useful tool for studying biological processes of small animals or plants in vivo.

针对基于数字微镜器件(DMD)的高动态成像系统在光学设计过程中由二次倾斜造成的畸变，建立了一套基于区域的系统畸变自校正模型。首先，根据像素级区域调光高动态系统中光路设计的特点，分析了畸变产生的原因。考虑不同种类畸变模型产生的原因及特点，结合系统自身的优势，建立了一种基于区域的畸变校正函数模型。为了解决在校正过程中某一点存在多次赋值或者未赋值的情况，采用逆推校正的方法逆向求解畸变参数，进行畸变校正。最后,利用数字微镜器件(DMD)自身投影标定模板的方法,实现了系统畸变的自校正设计。实验结果表明: 校正后的系统像元误差为0.87 pixel。与传统的畸变校正模型相比，该模型可以有效解决系统中的倾斜畸变、径向畸变以及偏心畸变，且畸变校正过程不依赖外部环境，校正过程快、可靠性高，满足了DMD高动态系统像素级调光的要求。

基于线阵时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)机动成像原理，分析了灵巧卫星在姿态机动过程中动态成像的几何畸变问题。由于地球曲率及姿态机动因素导致像面空间几何映射形状不断改变，通过光线追迹逐点匹配算法推导出了机动成像方式下的空间成像几何关系数学解析表达式。利用小卫星姿态控制系统物理仿真平台对TDI CCD 相机机动成像快速几何校正算法进行实验验证，姿态角确定精度与姿态稳定度优于0.05°、0.005°/s。结果表明，在卫星最大扫描角为45°时，所设计的算法能够解决机动成像几何畸变问题，提高成像质量。