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 中科聚研（吉林）干细胞科技有限公司，吉林 吉林 132000
在显微成像领域中，高成像质量图像的获取与良好的照明方式息息相关。传统显微镜使用聚光透镜来提供均匀强度的照明，调节聚光透镜的光阑匹配不同放大倍率的物镜。然而无色生物细胞的光学吸收系数低，在传统显微镜下难以观测到其细节信息。为了突破传统显微镜的成像功能，本文设计了一种可调控的显微镜聚光镜模块，通过将小型扭曲液晶器件嵌入聚光透镜的后焦面处，调控液晶器件的对光的透过效果可以实现明场成像以及差分相衬成像。系统由一款商用显微镜改装而成，液晶器件尺寸为22 mm×18 mm，实现了系统的高度集成化。通过实验验证了系统的成像性能，实现了对微凸透镜样品的定量相位重建，实验与理论曲线的互相关系数达到0.994 9，并且通过胚胎干细胞的重建展示了系统在实际应用中的效果。
显微镜 计算成像 差分相衬成像 microscopy computational imaging differential phase contrast imaging
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 航天材料及工艺研究所, 北京 100071
为实现对复合材料内部缺陷进行无损检测并对缺陷位置进行准确标记, 本文提出了红外热波检测投影标注方法。利用红外热像仪获得闪光灯脉冲激励下样品的红外图像序列, 并通过时间采样优化的脉冲相位算法进行处理, 增强缺陷的检测效果, 再通过自动阈值对缺陷位置进行提取并由投影仪将提取结果投射到样品表面。针对投影仪与热像仪视角差异等因素引起的图像畸变问题, 本文提出了一种可见-红外相机辅助标定方法, 通过辅助相机对投影仪进行标定, 建立投影仪与热像仪的空间坐标关系, 对缺陷提取结果进行畸变矫正, 提高缺陷标记的精确度。实验结果表明, 该缺陷检测及标记方法对不同大小缺陷的面积标记误差在10%以内,中心标记误差在3 mm以内, 可以对材料内部缺陷进行较为精确的标记。
无损检测 脉冲相位法 阈值分割 投影变换 投影仪标定 non-destructive testing pulse phase method threshold segmentation projection transformation projector calibration
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 东北电力大学 计算机学院,吉林 吉林 132012
4 吉林省农村经济信息中心, 吉林 长春 130033
针对支架等遮挡物对720°全景相机底部图像造成遮挡的问题, 本文提出了一种基于分步拍摄的消除底部支架遮挡方法。通过对侧面、顶部一次拍摄和对底部两次拍摄消除底部遮挡。在此基础上, 针对侧面、顶部、底部图像亮度不一致问题进行了优化。基于全局的匀色算法会导致不同区域的图像互相影响, 造成匀色结果的偏差, 提出了一种基于区域生长法图像分割的Wallis匀色算法。实验结果表明, 本文方法能够消除底部图像遮挡; 使用本文算法匀色, 图像颜色差异较使用基于全局算法减小59.3%。
全景相机 全景图像拼接 匀色算法 panoramic camera panoramic image stitching dodging algorithm
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 吉林大学 计算机科学与技术学院, 长春 130012
仿生复眼系统是一种多子眼拼接的大视场高分辨率成像系统, 由一级同心物镜和二级子眼镜头阵列组成。为实现大视场无缝隙拼接成像, 必须严格保证所有子眼镜头的光轴与同心物镜球心的对准误差在光学设计允许的公差范围内。首先, 基于PSM(point source microscope)定位仪的自准直原理确定PSM的基准参考零位, 然后通过转接器将PSM分别固定在所有子眼镜头安装孔中, 计算经同心物镜反射后像点质心位置与子眼安装孔轴线对准误差的几何关系式, 最后用Lighttools软件仿真检测光路并对所有安装孔对准误差进行检测。实验结果表明: 所有安装孔轴线与同心物镜球心的对准误差均小于30 μm。满足光学设计中子眼镜头光轴与同心物镜球心对准误差小于50 μm的公差要求, 从而保证了仿生复眼成像系统大视场高分辨率无缝拼接影像的获取。
仿生复眼 大视场 高分辨率 自准直 对准误差 bionic compound eye large-field high-resolution auto-collimation alignment error
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
为了提高自适应光学系统科研人员的工作效率, 满足自适应光学系统向高低阶多波前校正器的发展需求, 本文研究了一套自适应光学系统控制软件设计方法, 以适应实验设备的不断更新换代, 避免实验过程中软件不断更新修改所带来的问题。本文首先从功能和性能两方面分析了实验对软件系统的需求, 提出基础层、功能层及表示层3层的软件架构体系, 采用共享内存和临界区对象相结合的软件开发方法, 确保自适应光学系统的实时性与准确性, 避免资源冲突和浪费; 采用Windows API事件实现多线程之间同步协调控制。基于上述思想开发了液晶-变形镜混合的高低阶自适应光学系统控制软件, 可在0.6 ms内完成波前采集、波前计算、控制信号计算和各设备间的同步协调控制。最后, 使用该软件进行自适应光学校正: 仅变形镜和倾斜镜校正后峰峰值由3.38 μm降为0.95 μm, 均方根误差由0.66 μm降为0.12 μm; 液晶校正器、变形镜和倾斜镜同时校正后峰峰值为0.44 μm, 均方根误差为0.02 μm, 计算总延迟为0.378 ms。由实验结果可知, 本文设计的软件可以实现自适应光学系统的实时校正, 在保证校正精度的同时具有方便修改、功能齐全及模块化的优势, 为后续自适应光学实验提供保障。
自适应光学 液晶波前校正器 变形镜 上位机控制软件设计 模块化 adaptive optics liquid crystal wave front corrector deformable mirror software design modulation
江南大学理学院江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
对于暗弱目标探测,现有的方法仍然存在探测误差较大的问题,为了提高夏克-哈特曼波前探测器的质心探测精度,提出了一种改进的距离-幂指数质心探测算法。在不同情况下将所提算法与现有的几种质心算法进行对比,仿真结果表明,在不同信噪比、不同光斑直径、子区域不同像素等因素影响下,所提算法的质心探测误差低于其他算法的误差,且更为稳定。
探测器 信息处理 夏克-哈特曼波前探测器 质心探测算法 激光与光电子学进展
2018, 55(4): 040401
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
报道了一种基于液晶/聚合物光栅选频的高效率有机半导体激光器的制备方法。首先在一片玻璃基板上旋涂有机半导体荧光薄膜MEH-PPV作为增益介质, 然后在其上通过光场中的定域光聚合制备液晶/聚合物光栅, 形成分布式反馈（DFB）有机半导体激光器。激光出射阈值0.32 μJ/pulse, 斜率转化效率高达7.8%, 呈现良好的s偏振特性。采集了激光束的光斑, 轮廓清晰, 呈现扇形结构。通过改变光栅周期, 实现了53.4 nm激光出射范围。本工作为新型有机激光器的制备提供了有益的指导和借鉴意义。
有机半导体激光器 液晶/聚合物光栅 分布反馈 organic semiconductor laser liquid crystal/polymer grating distributed feedback
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
本文提出自适应光学成像系统中哈特曼波前探测器电子倍增增益的自适应控制方法，以使哈特曼波前探测器保持较高的信噪比同时避免亮度过饱和。利用亮度接近哈特曼饱和值的光源作为被观测目标，探测到的光斑阵列中有一个最高亮度值Im，统计200帧～500帧中的Im，计算其相对统计帧数的均值I-m、Im相对I-m的均方差值σm; 设定理想最高亮度值I-ms比饱和亮度低3.0σm～3.2σm; 再将光斑的亮度最大值相对一帧阵列中的光斑数计算平均值记为Ia，实时监测Ia; 依据信号强度I与增益G的线性关系，事先测得哈特曼波前探测器的技术特征参数ka、km和理想最高亮度值I-ms，即可以由当前帧探测数据Ia和增益Ga计算得到所需调整的增益值Gms。
自适应控制 电子倍增增益 哈特曼波前探测器 电子倍增CCD adaptive control EM gain Hartmann wavefront sensor electron multiplying CCD
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室吉林 长春 130033
为了满足4 m天文望远镜液晶自适应光学系统的波前处理要求，研究了基于多GPU的波前处理器。介绍了液晶自适应光学波前处理方法。分析了用于匹配4 m望远镜的哈特曼探测器数目、Zernike模式数和液晶校正器驱动单元数。详细论述了多GPU下波前处理方法，包括: 单GPU下计算斜率; 按列分块法拟合Zernike系数; Zernike对称性算法和按行分块法计算液晶校正器灰度图。最后，分析了匹配4 m望远镜的液晶自适应光学系统的残余误差传递函数，并由此模拟了残余误差传递函数的幅频响应。实验结果表明，斜率计算延迟18 μs，Zernike系数拟合延迟39 μs，校正器灰度图计算延迟114 μs。多GPU下总的波前处理延迟171 μs，小于哈特曼探测器采样时间500 μs，液晶自适应光学系统-3 dB残余误差抑制带宽可达53 Hz。满足4 m天文望远镜的应用要求。
图形处理器 液晶 自适应光学 GPU liquid crystal adaptive optics
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Applied Optics, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100039, China
3 Liquid Crystal Institute, Kent State University, Kent, OH 44242, USA
In order to detect the aberration from a wide field of view (FOV) on the retina with adaptive optics, we present a multiple-object Shack–Hartmann wavefront sensor (MOSHWFS) design. The simulated results indicate that the wavefront from our MOSHWFS can be reconstructed for multiple objects, and the measurement error can be less than λ/7 with an MOSHWFS with an FOV of 6.7°, for maximum eye aberration. The experimental result with two objects indicates that the measurement error can be less than λ/14, with the root mean square of the reference wavefront as 0.798λ and 0.895λ, respectively.
080.1010 Aberrations (global) 330.7321 Vision coupled optical systems 330.4460 Ophthalmic optics and devices Chinese Optics Letters
2015, 13(12): 120801
