邹江威[1]2004年在《强背景弱信号目标光电检测技术研究》文中研究指明光电探测技术作为高精度的测量方式,在空间目标监测中发挥着骨干作用。背景很强时对弱目标的检测,一直是限制光电探测设备监测能力的瓶颈。研究如何提高光电设备在强背景情况下对弱目标的检测和提取能力,对于提高光电设备全天时工作水平,增强对空间监测能力具有重大意义。 本文在对目标光学特性和光电探测技术进行分析的基础上,重点论述了作为强背景弱信号目标光电检测核心技术的低信噪比小目标检测提取技术和光谱滤波技术。 介绍了目标与环境光学特性和光电探测技术相关知识、研究内容和发展趋势,针对文章主要研究内容,重点分析了目标光学散射特性和光谱特性。 针对低信噪比小目标检测和提取,在分析低信噪比小目标特性和研究方法的基础上,提出了结合形态滤波与图像流法的小目标检测提取技术路线,详细论述了方法的原理和具体实现,给出了仿真实验结果,验证了方法的有效性。 对天空背景进行了观测和数据处理,分析了天空背景强度和光谱变化规律,验证了光谱滤波技术在提高目标与背景信噪比方面的有效性,通过分析空间目标与背景的能谱分布规律,给出了光谱滤波技术的具体应用方法。
武茂豪[2]2009年在《强背景光中的目标图像获取原理与系统设计》文中提出强背景光下目标图像的识别在目标识别、机器人视觉、图像跟踪和工业监测自动化等领域有广泛的应用需求。强背景光下的目标图像获取,通常采用神经网络相关的一系列传统的形态学方法实现。神经网络算法需要引入复杂的数学模型,进行大量的数字计算,投入成本高,开发周期长,只能用于特定的环境。在实际应用中,在现场的强背景光干扰下,基于数字图像处理的所有方法都很容易出现误判断,提取虚假目标。采用光学技术与信号处理技术相结合的方案。采用单频信号调制下的单色激光照射目标区域,用CCD图像传感器采集图像。应用光学滤波和信号鉴相两个不同领域的技术,运用数字图像处理技术得出目标图像。在太阳光和白炽灯管等强背景光源下实验结果表明,该方案具有强大的背景光抑制能力,即使在目标区域绝大部分被背景光掩盖的情况下,仍能有效获取被照明目标的高清晰图像。通过基于于计算机PCI总线的D/A输出卡输出模拟正弦信号,对半导体激光器进行调制,并对目标区域照明,同时通过USB接口的图像传感器实现图像同步采集。在计算机中采用数字图像处理算法,实现对目标区域图像的增强。利用面向对象的技术,通过C++程序语言,实现对调制信号输出模块、图像采集模块、数据计算模块以及数字图像处理模块进行封装,并设计完整的接口函数,用于软件调用。在windows XP操作环境下,引入操作系统中的多线程技术,开发出用于实验的软件系统。本课题将鉴相技术和激光调制照明技术应用于图像识别中。试验的结果对于进一步的应用研究工作具有重要的意义。
钟珂珂[3]2013年在《光纤型定量PCR仪荧光检测系统研究》文中研究表明PCR技术,特别是荧光定量PCR技术(Quantitative Polymerase Chain Reaction, Q-PCR)实现了DNA片段体外快速扩增与精确定量的有机结合,在分子生物学领域具有举足轻重的意义。在生命科学、药物筛选以及疾病诊断方面得到广泛应用的Q-PCR仪近年来得到了长足的发展。本文对基于光纤的荧光检测系统进行了研究,并设计实现了其原型平台。本课题重点针对荧光检测系统中的激发光源与驱动、光纤导路、荧光检测模块叁大部分进行了深入的分析和研究。首先从荧光光谱特性及定量手段入手,完成了激发光源的选型和大功率LED的驱动设计；接着在光学系统设计环节,以获得最佳耦合效率为目标,力求完善结构以有效匹配光学元器件的特性参数,在不同仿真手段组合所获得的数据指导下,设计并加工了一款耦合效率达76.32%的光纤光源和数值孔径为0.39的石英Y型光纤；作为光电转换和前期处理的重要模块,荧光检测组件部分的工作内容又包括了前置光电探测器、主放大电路以及低通滤波器的设计和选型,贯穿整个设计流程,在分析噪声源的基础上如何抑制噪声,提高信噪比成为了关注的重点,因此在选择运放、优化电路结构等方面都颇费心思。在完成上述各个子系统的设计基础上,本论文构建了整个光纤型荧光检测系统。为了对所设计的系统各项主要指标进行有效的评估,遵循相关的指导规范采用倍比稀释的罗丹明B甲醇溶液作为待测液,利用96孔机械扫描所得的荧光信号数据对检测系统的灵敏度、检测限和线性范围进行了分析和计算,结果显示,系统的灵敏度为6.374×1011mV/mol/L,检测限低达1.23×10-12mol/L,线性动态范围大于104,表明该系统的重要指标基本满足实际应用的要求。
赵杰[4]2009年在《光信号时间间隔异地精密测量技术研究》文中研究说明在现代化生产以及科学研究中,异地事件发生时刻及时间间隔的精密测量技术,对推动现代化建设具有重要的意义,为实现远程精确同步控制、监控和测量提供了有效的技术手段和支持。本文将在异地产生的两个火光信号作为测量对象,实现了对两个火光产生时刻以及时间间隔的精确测量。针对在异地时间测量中严格的同步要求以及微弱火光信号的探测特点,将基于(GPS和B码)时统系统的时间同步技术与远距离微弱信号的光电探测技术相结合,设计出了一套有效的火光信号时间间隔异地精密测量系统。本文主要完成了以下几个方面的工作:1、完成了系统方案设计,提出了将光电二极管探测法与时间同步技术相结合的光信号时间间隔异地测量方法和总体方案,并完成了系统的结构设计和装置的机械方面的相关设计工作。2、完成了远距离强背景噪声下单脉冲微弱光信号检测技术的研究和光电探测电路板的设计调试工作,实现了在白天强背景光和噪声的情况下,对远距离微弱光信号的准确捕捉。3、完成了基于时统(GPS和B码)系统的时间同步功能的设计和数字控制电路的设计工作。4、完成了系统的多项参数的验证性实验和数据分析,所有参数指标达到设计要求。
王敏[5]2014年在《微分散射测量技术研究》文中研究表明本课题是以微弱光电信号检测原理、微分散射测量理论作为理论指导,理论上分析得到样品表面粗糙度和散射之间的关系。通过光电探测器对半球面内样品表面任一方向的散射光的探测,可以得到关于该点空间散射量的分布情况,进而得到样品质量的相关信息。这里为了提高该系统的测量范围在强光情况下选择PIN光电二极管与APD雪崩光电二极管,在弱光情况下选择PMT光电倍增管。本课题主要研究光源固定入射的情况下,该微分散射测量系统中空间单点的散射量的测量。设计出具有可以自控调节增益的前置放大电路并制成PCB电路板,在对微弱信号的提取中使用带通滤波去除背景及其他因素所带来的噪声,并基于虚拟仪器Labview为开发环境,用计算机和多功能卡实现散射量的自动数据采集和自动增益控制。研究内容还包括光学系统的设计、光电探测器的选取(要求探测器的测量动态范围要大和信噪比要高)、强背景光下提取微弱信号研究。利用该系统最终能够得到散射样品表面的空间散射分布情况。该方法不仅能了解样品表面微观特征,而且采用了自控测量系统。详细设计和调试了以PIN光电二极管为探测器的强光检测系统,经估算此测量系统的最小可探测光功率可达1.628×10-5mW,实际测量的最大误差在±3%范围内。
王伟国[6]2005年在《空间目标白天光电探测技术研究》文中研究指明统计分析表明，大约75％的空间目标分布在高度200-1500km的中低轨道上，由于地球的遮挡，尤其是低轨卫星在夜间不能发光，只有晨昏时刻和白天，卫星被太阳光照亮时才能通过光电设备进行探测，因此对这类空间目标进行白天光电探测有明确的国防和军事上的意义。 本文围绕白天空间目标探测技术中的两个关键问题，即：如何抑制白天探测空间目标时的强背景信号以及如何提高系统的探测能力，展开了较为深入的研究，对空间目标白天光电探测机理进行了理论分析，对面阵CCD为光电探测器件的光电探测系统的极限探测理论进行了详尽的分析，并推导了系统极限探测星等公式。 本文对白天测星技术进行了实验研究，实验证明依据探测信噪比定量地估算系统的极限探测星等，理论和实践相一致。结合测星实验数据，对CCD相机的选取、光谱滤波频段选择、图像处理技术和低速平稳跟踪等关键技术对白天探测能力的影响进行了定量分析。在解决光电伺服系统低速抖动问题上，提出了对目标轨迹预测和测速反馈滤波技术，仿真和实验均已证明这种新方法可解决系统低速平稳跟踪问题，减小目标能量弥散，提高目标探测信噪比。二是通过实验得出高灵敏度、高分辨力、小暗电流的数字CCD相机信号稳定提取信噪比可以达到1，突破了传统模拟相机极限探测信噪比3的界线，为光电探测系统选择探测器和分析光白天探测能力提供了重要的理论依据。
袁境泽[7]2017年在《人体血红蛋白近红外光谱无创分析方法研究》文中提出人体血红蛋白含量是临床上诊断贫血症等血液疾病的重要依据。常规生化检测方法属于有创检测,存在痛感,且分析周期长,难以进行实时监测,上述问题在一定程度上妨碍了贫血类疾病的早期预防与及时治疗。近红外光谱(NIRS)分析技术在血红蛋白临床检测应用中因具有无创伤、无痛感、分析快速等优势,能够有效克服常规有创检测方法存在的弊端,有利于实现贫血类疾病的普查与防治,具有重要的研究价值与社会意义。本文通过分析当前影响血红蛋白无创检测精度的关键问题,如组织背景干扰、有效信号微弱等,提出以血流容积相减原理为基础的人体血红蛋白NIRS无创分析方案。主要研究内容及成果如下:(1)综合考虑仪器时间分辨率、信噪比等性能要求与便携式目标,通过理论分析比较,确定由LED照明系统、线性渐变滤光片(LVF)型分光系统及多元线阵式Si探测器组成的仪器光学系统设计方案。(2)设计高亮度、宽波段、低噪声的LED照明系统。针对系统的会聚性、照度均匀性、光能利用率、紧凑性等特性要求,优化设计透射、反射两种形式的照明系统。其中,透射式系统在有效照明区域的均匀性高达90%,有利于保证每组人体光谱中各波长携带的组织背景、血流容积等信息的一致性。(3)LVF体积小、通带多,可有效简化分光系统结构。针对血红蛋白NIRS无创检测要求,深入研究LVF设计方法,并确定高色散系数的短波近红外LVF膜系设计方案。优化后LVF的峰值透射率高于97%、分辨率约为1.0%CWL(中心波长)、抑制带截止深度小于0.1%,可有效实现在12.8 mm工作区域内,对620~1080 nm宽波段复合光的分光作用。(4)开展血红蛋白无创检测临床实验与近红外模型研究。课题组以优化设计的LED照明系统、LVF分光系统为基础,完成了信噪比高于14000:1的便携式NIRS仪器整机研制。应用该仪器无创采集93位志愿者食指前段的血流容积脉搏波信号,并应用光谱相减法获得已扣除组织背景干扰的“纯净”容积差光谱。深入研究偏最小二乘(PLS)、误差反向传输神经网络(BPANN)、支持向量回归(SVR)叁种校正方法对血红蛋白的定量分析能力,以及标准正态变量变换(SNV)和归一化两种预处理算法对各类定标模型的性能影响。经过理论分析比较,确定具有非线性回归特征、参数寻优快速等优势的归一化-SVR模型预测精度高且预测能力稳定,可实现复杂组织背景下的血红蛋白高精度无创检测。该模型的预测相关系数达0.82,预测标准偏差7.91 g/L,相对偏差仅为5.44%,可以满足临床检测要求。上述研究成果表明,本文提出的人体血红蛋白NIRS无创检测方案可行、有效。以血流容积相减法为基础,结合SVR近红外模型,自主研制的NIRS检测仪器可实现高精度的血红蛋白无创分析,将在贫血类疾病的无创诊断领域极具应用前景。
王磊[8]2014年在《白天探测技术研究与望远镜设计》文中指出望远镜广泛应用于天文观测、资源考察、太空探索等领域。其发展趋势是口径越来越大，分辨率越来越高，探测距离越来越远。由于强天光背景和杂散光的影响，多数望远镜只能在夜晚工作，这样会失去对某些目标的观测机会，降低了观测效率。为此，本文对目标的白天探测技术展开了研究并设计了基于光谱滤波技术的白天探测望远镜。主要内容为：1．为了拓展望远镜的工作时段，本文结合白天探测机理及其理论，分析和计算了白天探测望远镜系统的极限探测能力，以提高望远镜系统的极限探测能力为主线，分析了光谱滤波技术对探测能力的影响、光谱滤波原理、滤波器选择的依据和方法及其对探测信噪比的影响；研究了光学系统口径、视场和相对口径对探测能力的影响；分析了杂散光对像质的影响，并对杂光抑制技术进行了研究。2．本文设计了主镜及其支撑结构，并对主镜支撑刚度和主镜面形进行了有限元分析。分析表明，在重力作用下，当光轴垂直时，主镜支撑座最大变形为1.1μm，主镜面形变化为PV=48.1nm，RMS=14nm，环境温度变化28℃时，PV=49.2nm，RMS=15.4nm；光轴水平时，主镜支撑座最大变形为0.4μm，主镜面形变化为PV=16.5nm，RMS=4.2nm，环境温度变化28℃时，PV=55.2nm，RMS=11.6nm；在模态分析中，主镜支撑座的一阶谐振频率为363Hz，远高于外界环境载荷的振动频率。从以上分析可知，主镜及其支撑结构具有很好的刚度和稳定性，面形变化满足设计要求（PV<λ/6, RMS<λ/30, λ=632.8nm）。3．本文对次镜支撑结构进行了设计和分析，在重力作用下，光轴垂直时，次镜支撑座最大变形为1.33μm；光轴水平时，最大变形为0.41μm；模态分析中，次镜支撑座的一阶谐振频率为272Hz，远高于外界环境载荷的振动频率。从以上分析可知，次镜支撑具有很好的刚度和稳定性，满足设计要求。同时为了满足光学调整要求，次镜的支撑结构可调整5个自由度。4．本文设计了望远镜的遮光结构，并对遮光效果进行了分析，分析结果表明：当杂散源离轴角大于40°时，光机系统的PST（点源透过率）小于210-8，满足杂光抑制指标要求，具有很好的遮光效果。5．本文对所设计的望远镜系统的探测能力进行了计算，结果表明，在使用0.925~1.675μm窄带滤光片时，系统极限探测星等为6.7mv，满足设计指标要求。
苏柯[9]2011年在《激光锁定成像技术在复杂工业环境检测中的应用》文中认为当所感兴趣的目标和强背景光或复杂背景处于同一成像系统视场时,目标图像被湮没,使成像系统失去成像能力。一直以来,复杂背景下的目标图像获取是一项技术难题,是图像信号处理相关领域关于强光下微弱图像信号获取和目标图像跟踪与瞄准的主要关键技术。在复杂工业背景环境下,比如强光、高温和强电磁等因素的存在,目标及图像的检测定位都受到了很大的影响,影响了工业生产质量和生产进度。常用的检测系统如机器视觉因背景光线的不断变化而导致目标背景区域的像素点灰度值产生变化而难以检测出背景光线,影响目标的检测。为了不受背景光的影响进行实时的目标检测,我们提出了利用激光锁定成像获取复杂工业背景下的目标图像。激光锁定成像可视为一种超视觉(Super Vision),能够从不能看见的背景光环境中获取目标图像,是一种新的机器视觉成像技术。与传统的形态学方法、混沌理论等获取微弱目标图像方法相比,激光锁定成像具有不受目标温度对比度影响、识别能力强、成像对比度高,并且对高温、强光要求低等特点,克服传统的被动成像和接触式检测的众多缺点和不足。本文以复杂工业背景下的钢坯表面缺陷的检测为研究背景,首先进行了不同光源、不同背景光的实验论证,并对CCD图像传感器的动态范围扩展做了一定的研究。通过对不同的主动光源照明进行了锁定成像的实验结果分析,验证了锁定成像的背景抑制能力,并模拟表面有裂纹缺陷的钢坯进行了实验研究,实验结果显示激光锁定成像技术能成功提取目标缺陷。本文还完成了激光锁定成像应用到接触网导线磨耗测量、抑制天空太阳背景光的影响的实验室模拟测量实验。文章基于激光主动成像技术建立了光学系统架构,提出锁定成像基本思路(lock-in imaging)。系统结合了光学滤波技术、弱信号检测技术和数字图像信号处理技术。系统采用经调制的激光照明所感兴趣的目标区域,对图像进行同步采集和处理,在CCD图像传感器前利用衰减器和光学滤波的方法以降低进入CCD的强背景光,对锁定成像获取到的图像进行实时同步的图像处理技术,最后经显示部分获取最终的目标图像。
参考文献：
[1]. 强背景弱信号目标光电检测技术研究[D]. 邹江威. 国防科学技术大学. 2004
[2]. 强背景光中的目标图像获取原理与系统设计[D]. 武茂豪. 电子科技大学. 2009
[3]. 光纤型定量PCR仪荧光检测系统研究[D]. 钟珂珂. 浙江大学. 2013
[4]. 光信号时间间隔异地精密测量技术研究[D]. 赵杰. 天津大学. 2009
[5]. 微分散射测量技术研究[D]. 王敏. 西安工业大学. 2014
[6]. 空间目标白天光电探测技术研究[D]. 王伟国. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2005
[7]. 人体血红蛋白近红外光谱无创分析方法研究[D]. 袁境泽. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所. 2017
[8]. 白天探测技术研究与望远镜设计[D]. 王磊. 中国科学院研究生院（光电技术研究所）. 2014
[9]. 激光锁定成像技术在复杂工业环境检测中的应用[D]. 苏柯. 电子科技大学. 2011
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