光瞳滤波器超分辨技术ppt

科研热词 超分辨 频谱外推 最大似然 隐身 长焦深 金属开口环 量子效应 迪克式辐射计 超透镜 超构材料 超分辨成像 负折射 被动毫米波成像 表面等离极化激元 表面等离子体激元 维纳滤波器 纳米聚焦 磁共振 电偶极子共振 波粒二象性 模板函数 最大后验 无源雷达成像 无源毫米波成像 无源毫米波 旋转不变技术 散射中心 性能分析 微波成像 局域表面等离激元共振 实时性 多荧光分子定位 外辐射源 增强光透射 图像恢复 共轭酉root-music 全极化 克拉美罗限 光学庙计 传感 亚波长光波导 二维esprit
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
科研热词 推荐指数 超分辨 2 显微 2 非线性光学 1 随机荧光漂白 1 轴对称矢量光束 1 轴向定位 1 超分辨成像 1 荧光显微镜 1 荧光寿命成像 1 荧光 1 综述 1 紧聚焦 1 突破衍射极限 1 稀疏阵列 1 相干反斯托克斯拉曼散射 1 毫米波雷达 1 时间门荧光受激发射损耗显微 1 时间相关单光子记数算法 1 探测极限 1 差动共焦显微技术 1 合成孔径雷达 1 受激发射 1 双螺旋点扩展函数 1 压缩感知 1 单分子定位 1 单分子单纳米粒子催化 1 光瞳滤波 1 光学超分辨成像 1 光学显微 1 优化算法 1 3维成像 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
科研热词 超分辨 无源毫米波成像 图像恢复 正则化 多重网格 光瞳滤波器 频谱外推 轴向超分辨 维纳滤波器 简化计算 空间遥感 矢量衍射 最大似然 收敛性 图像空间重构算法 图像处理 合成孔径雷达 变范数 双重曝光 参数估计 光学相干层析成像 信息光学 sar图像 lk范数

频谱面上的光场分布与物的结构密切相关，原点附近分布着物的低
频信息；离原点较远处，分布着物的较高的频率分量。
7
§7-1 空间滤波基本原理
二、阿贝—波特（Abbe—Porter）实验（1906）
相干单色平行光照明
实验装置
物平面 细丝网格状物 （正交光栅）
频谱面 放置滤波器
改变物的 频谱结构
像面 观察到各种 不同的像
T ( fx ) = ℱ [ t ( x1 ) ] 它的傅里叶变换—栅状物的夫琅和费衍射图样:
aB d
s
incBfx
sinc
a d
sincB
fx
1 d
sinc
a d
sincB
fx
1 d
......
零级谱
正、负一级谱
高级频谱
强度呈现为一系列亮点，每个
亮点是一个sinc2函数
幅值受单缝衍射限制，包络
带通滤波器：
用于选择某些频谱分量通过，阻挡另一些分量 例：正交光栅上污点的清除
滤波后可在像面 上得到去除了污 点的正交光栅
29
§7-3 空间滤波应用
例: 疵点检查——方向滤波器
印刷电路掩膜的 频谱沿轴分布， 疵点的频谱比较 分散。
此滤波器可提取 出疵点的信息
在输出面上得到 疵点的图像
30
§7-3 空间滤波应用
滤波器：放置在频 谱面中心的孔，仅 让0级谱通过
综合出的像：
仅有边框，不 出现条纹结构
零频分量是一个直流分量，它只代表像的本底
12
原物
通过的频谱 综合出的图像
阻挡零频分量，在一定条件下可使像的衬度发生反转 13
原物
通过的频谱 综合出的图像

第五章 光电成象器件
光电成象器件是指能够输出图像信息的一类器件 。它包括真空成象器件和固体成象器件两大类。
真空成象器件又包括：变象管、象增强器、摄象 管。变象管是使不可见光图像变为可见光图像的 器件，象增强器是使微弱光图像变为可见光图像 的器件，摄象管是使光学图像变为电视信号的器 件。
固体成象器件是通过特殊的结构与电路以自扫描 的方式读出电信号再通过显示器件成象的器件。
暗电阻RD很大。放电时间近似等于帧周期Tf。则C右 有侧光电照位，最放大电值时：V Ci右d m 侧V 最T(1 高电eT 位f /R 为D C i：)VimVT(1eTf /RiC i) 这样，由于光照产生的有效信号为： Vs VimVidm
这种信号电压引起的充电电流在RL产生Байду номын сангаас降输出信号
三、摄像器件的性能参数
磁聚焦型象管结构示意图：
管外的线圈用来使管内产生平行 于管轴的磁场，以形成磁透镜。 磁聚焦的优点是聚焦作用强，容 易调节，也容易保证边缘像差。
缺点是管子外有长螺旋线圈和直流激磁等，使整个设 备的尺寸、重量增加，结构较复杂。 3. 荧光屏
荧光屏的作用是将电子动能转换成 光能。对荧光屏的要求是不仅应具 有高的转换效率，而且屏的发射光 谱要同人眼或与之耦合的下级光电 阴极的响应一致。
工作时，N层与靶压正极相连，光电二 极管处于反向偏置，靶压几乎全加在I 层上。景物成像在光电靶上，在光电 二极管内产生光生载流子。在强电场 作用下几乎全部参加导电，因而光电 转换效率高。且因光电二极管反向偏 置，暗电流很小。图像使光电靶上各 点照度不同，在光电二极管内产生不 同数量的电子-空穴对。
系，称为其光电转换特性。通常表示为： I p kL
式中，γ称为光照指数，k为比例系数。

() 1，一个光量子对应一个电子或产生一个电
子-空穴对。
实际上，() 1
对于有增益的光电器件（如光电倍增管），则
()1，此时改用增益或放大倍数这个参数。
光电检测器件
2、线性度 描述探测器的光电特性或光照特性曲线输出信号与
输入信号保持线性关系的程度。 即在规定的范围内，探测器的输出电量精确地正比
波长
图2 Cs-Sb光电阴极光谱响应曲线
③多碱光电阴极
A、锑钾钠光电阴极：响应度可达50－100μA/lm，在 0.4 μm处量子效率达25％，能耐高温；
B、锑钾钠铯光电阴极：峰值响应度波长在0.42微米附 近，峰值响应度可达230μA/lm，量子效率高；响应 范围较宽。
④碲化铯（紫外）光电阴极：对太阳＆地表面辐射不 敏感，响应范围100－280nm；长波限在290～320微 米。
CCD
热电偶/热电堆 热辐射计/热敏电阻 热释电探测器
光电检测器件
第一节：光电检测器件的基本特征参数 一、有关响应方面的特性参数 1．响应度(或称为灵敏度)-光电转换效能
光电探测器输出信号（输出电压或输出电流）与 输入辐射功率或光通量之比。
一定入射光功率下，探测器输出电压或电流，可 分为电压响应度或电流响应度。用公式表示如下：
探测率(比探测率)D*这—参数。
光敏
面积
D 1 NEP
测量
D* D Af 带宽
⑤暗电流 即光电检测器件在没有输入信号和背景辐射时所流
过的电流(加电源时)。一般测量其直流值或平均值。
光电检测器件
三、其他参数 1、量子效率 ( )
某一特定波长上每秒钟内产生的光电子数与入射光 量子数之比。
()
()

作业：某年轻人的远点距离为-0.5m，眼睛的调节范 围为10D（视度，折光度），问，他的近点距离是多 少？他应配什么的合适眼睛，带上眼镜后，他的远点 和近点距离各是多少？
远点：眼睛自动调焦所可能看清最远的点 (r) 。其倒数(R)是远 点会聚度的屈光度数。
近点：眼睛自动调焦所可能看清最近的点 (p) 。其倒数(P) 是近点会聚度的屈光度数。
下表是正常眼在不同年龄时的调节能力
4. 眼睛的缺陷及校正
正常眼：远点在无限远，水晶体的像方焦点F′在视网膜上。
近视眼：F′在视网膜前，远点在有限远处，通常采用近视眼的 远点距离所对应的视度表示近视的程度；可戴负透镜校正。 远视眼：F′在视网膜后，远点为一虚像点，位于视网膜之后； 可戴正透镜校正。 眼镜片的像方焦点正好和近视（远视）眼的远点重合。 散光：折射面曲率异常，两个互相垂直的方向有不同的焦距，矫 正应配戴柱面透镜 斜视：水晶体位置不正或折射面曲率异常，矫正应配戴光楔
四、显微物镜
主要光学特性参数有：
1. 放大率
物
： 物
NA 2. 数值孔径NA：NA决定了物镜的分辨能力 f 3. 线视场： 2 y 1 20 201 4. 工作距离：从物镜的第一个面顶点到物面的距离。
5. 物镜的通光口径：
f 1
n sin U
NA n sin U
一、放大镜的放大率
物AB在F后很近处 人眼瞳孔在F’或其附近 直接观察时物在明视距离处
250m m 0 f
正常眼，物在物方焦面上，成像于无穷远，则 M 仅被 f’所决定。
注：目视光学仪器目镜的工作原理和视角放大率的计算与放大镜完
全相同。
二、放大镜的光束限制和视场
一般情况下，眼瞳为孔阑也是出瞳，放大镜是渐晕光阑。系统 没有实像面，因此没有视场光阑。

光学衍射极限的突破纪岚森，仵云龙，李岷池，贺杰（青岛大学物理科学学院2011级材料物理1班）摘要：由于光学衍射极限的存在，使得在电子科技上边很难达到人们期望的高分辨率，然而光学衍射极限并不是不能克服的。

除了减小光波长与增加孔径外，我们还可以通过改变光路来突破艾里斑衍射极限。

减小艾里斑在很多的方面都有极其重要的意义，这里讲述的是艾里斑对显微镜技术突破的一些介绍。

关键词：艾里斑，显微镜，光学衍射极限1引言：在大量的电子图像应用领域，人们经常期望得到高分辨率（简称HR）图像。

高分辨率意味着图像中的像素密度高，能够提供更多的细节，而这些细节在许多实际应用中不可或缺。

例如，高分辨率医疗图像对于医生做出正确的诊断是非常有帮助的；使用高分辨率卫星图像就很容易从相似物中区别相似的对象；如果能够提供高分辨的图像，计算机视觉中的模式识别的性能就会大大提高。

同时随着生命科学的迅猛发展三维光学显微技术也已经成为研究生命过程的一种极为有效的工具，但是传统的基于荧光共焦技术的成像方案受到光学衍射极限的限制，其横向和纵向的数量级均在百纳米，因而无法满足科学技术发展的需要，利用各种非线性光学荧光激发方案已经打破光学极限的方案已经实现，然而这种光路较为复杂，通过其他的方法构造出来的奇异光线也是能够实现科学家长期最求的三维远场光学的超分辨成像。

根据瑞利衍射极限任意的光学系统成像就会在像方产生一个光斑，而这个光斑是无法通过改变显微镜的结构来实现的，也就是说，无论是共焦显微镜或是宽场显微镜这个光斑都是存在的，而这个光斑就是我们所说的爱里斑(Airy disc) 由于光的波动性，光通过小孔会发生衍射，明暗相间的条纹衍射图样，条纹间距随小孔尺寸的减少而变大。

大约有84%的光能量集中在中央亮斑，其余16%的光能量分布在各级明环上。

衍射图样的中心区域有最大的亮斑，称为爱里斑。

爱里斑的角度与波长(λ)及小孔的直径(d)满足关系：sinθ=1.22λ/d，θ即第一暗环的衍射方向角（即从中央亮斑的中心到第一暗环对透镜光心的张角），因为θ角一般都很小，有sinθ≈θ，故θ≈1.22λ/d。

综合验光仪的主要部件包括验光盘和远近视标两部分。
1.验光盘
验光盘附设以下结构
(1)视孔。 (2)主透镜组 包括球镜组与柱镜组。 (3)内置辅镜。 (4)外置辅镜 包括交叉圆柱透镜(Jackson cross cylinders) 和旋转式棱镜(Risley prism)。 (5)调整部件。
2.视标
(l)投影远视标。 (2)近视标。
眼视光技术
LOGO
综合验光仪
综合验光仪最早是作为一个检查眼外肌功能的仪器 形式出现的，中文名为“眼肌检查仪”(英文名为 Phorometer-)。在20世纪初期，该仪器的功能中通 过引入了可机械化的转换镜片加入了屈光检查的功 能，所以英文名称也变为“Phoropter”。在上世纪 70年代，“Refractor”的名称开始大量使用，中文 直译为“综合验光仪”。
(4)集合掣 用于调整双侧验光盘的集合 角度及双侧视孔透镜的光心距。
远视标
(l)视标投影仪 采用白炽光将检测视标的影象投照在视标面板上， 其照度、亮度、对比度、清晰度、偏振光折射向和单色光的波长均 要求视标投影仪的各项功 能以功能键的形式排列在遥控器上， 验光师可根据屈光检查的需要揿动功 能键，从而控制视标投影仪的各项功
①柱镜焦度手轮 位于验光盘的最下方，每旋一 档增减-0.25m-1柱镜焦度
②柱镜焦度读窗 位于柱镜焦度手轮内上方。
③柱镜轴向手轮 位于柱镜焦度手轮外环。柱镜 轴向手轮的基底部可见柱镜轴向游标和柱镜轴 向刻度盘。旋动柱镜轴向手轮，可将游标调整 指向预期的轴向刻度。旋动柱镜轴向手轮时可 见视孔区的柱镜轴向游标发生联动，两游标指
向的轴向刻度一致。
内置辅镜
(l)内置辅镜手轮 位于验光盘外 上方，每旋动一档视孔内更换一 种功能镜片。

{Mhnu0}
其中 hn
t n
将热传导方程初值问题的解作为滤波的结果，被滤波 的图像作为方程在0时刻的初值，称这个滤波器为热 传导方程滤波器，t是滤波器的尺度参数，如图，随t 的增大，边缘出现了模糊。
第17页/共35页
滤波过程要通过计算机来实现，所以并不要求求出 方程的解析解，是通过数值解来实现的。在离散算 法中，先将
dy
1
h2
D(0,h)
(u0
)x
xdy
1
h2
D(0,h) (u0 ) y ydy
2
(u0 )x (0) 0
h r2
0
cos drd
(u0 ) y (0)
2 0
h r2 sin drd
0
0
第6页/共35页
第三项：
1
2 h2
D( 0,h) (u0 )xx
x2dy
(u0 )xx (0)
这个收敛在L2(RN)空间是逐点适用的。其中，
(g)n*表示g﹡g﹡g﹡g﹡g,卷积n次。所以，对于每个原 始有界图像u0(x)，定义
Lhu0 = gh﹡ u0 进一步可得(Lh)nu0→Ttu0，这里，(Ttu0)(x) = u(t,x)且 u(t,x)是个热传导方程初值问题的解
u u t
连续模型下，记算术均值滤波器算子为Mh,滤波操 作为
M
hu0
(
x)
1
h2
D(x,h) u0 ( y)dy
且积分区域选择一x为圆心，h为半径的圆。此时， 只有在x点的h邻域D(x,h)中的值才对滤波的结果起 作用。假设u0在x点附近C2连续，不失一般性，令
x 0 (0, 0), y(x, y) D(x, h) 由Taylor展式

图6-2频率响应特性
由图知，它如同一个低通滤波器的频率特性，即：
s f
so
1
1 2
f
2
2
（6－4）
式中，s(o)是频率为零（直流）或者频率很低时的响应率，f 是光信息的频
率， 为时间常数。
当频率增加时响应率 s f 要降低，当 s f 降到 s o 的 1 2 时所对应
的频率 f0 ，称为上限载止频率，这时有 1 2 f0。
率光谱分布分别是a ()和o ()，光电检测器的光电灵敏度系数为s()时，那 么检测器件的输出 I ()可表示为：
I
(
)
2 1
s
a
o
d
（6－1）
上式表示出了光电检测器件的输出与光谱波长之间的关系，式中 1 和 2 分别为辐射下限波长和上限波长。
光源的辐射波长有一定的范围，存在有峰值波长，光电子检测器件对 波长有选择性，存在一个最灵敏的波长，为充分利用光能， 要求：光电器件与辐射源在光谱特性上相匹配。
第三节 光电系统的设计原则
在光电系统设计时，应针对所设计的光电系统的特点，遵守一些重要 的设计原则。
一、匹配原则
光电系统的核心是光学变换与光电变换，因而光电系统的光学部分 与电子部分的匹配是十分重要的。这些匹配包括光谱匹配、功率匹配和 阻抗匹配。匹配的核心是如何正常选择光电检测器件。
1．光谱匹配
光谱匹配是指光学系统的光谱特性与光电检测器件的光谱灵敏度特 性相匹配。在光电系统设计中，光谱匹配的核心是光源的光谱峰值波长 应与光电检测器件对光谱的灵敏波长相一致。通常是先根据光电系统的 功能要求确定光源，然后再根据光源的峰值波长选用与之光谱匹配的光 电检测器件。
若入射光的波长 为单色光，这时输出电压V 或 I 电流与入射单色 辐射通量 之比称为光谱灵敏度或光谱响应率。

光电二极管
APD的雪崩倍增效应，是在二极管的P-N结上加高反向电压，在结区形成一个强电场； 在高场区内光生载流子被强电场加速，获得高的动能，与晶格的原子发生碰撞，使价 带的电子得到了能量；越过禁带到导带，产生了新的电子—空穴对；新产生的电子— 空穴对在强电场中又被加速，再次碰撞，又激发出新的电子—空穴对……如此循环下 去，形成雪崩效应，使光电流在管子内部获得了倍增。
光纤通信技术与设备
第五讲
光检测器
目录
概述
1
APD检测器
2
APD检测器工作特性
3
1Leabharlann 概述概述雪崩光电二极管应用光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离效应而获得光生
电流的雪崩倍增。
入射光 抗反射 膜
N+ P
强电场 区
I（P） P+
低电场 区
电极
E
图1 APD光电检测的结构及能量分布
2
APD检测器
APD就是利用雪崩效应使光电流得到倍增的高灵敏度的检测器。
光电二极管
用雪崩光电二极管(APD)将光信号转换为电信号的过程如图所示。光信号包括信号光 和背景光；电信号输出包含信号、背景、咕电流和非倍增的暗电流;对三种电流．即 信号、背景和暗电流产生雪崩增益；系统的输出包含信号和噪声。
图2 光电检测过程
4 暗电流主要由体内暗电流和表面暗电流组成。
谢谢
3
APD光电检测器工作特性
PIN光电二极管
1 在一定波长的光照射下，光电检测器的平均输出电流与入射的平均光功率之
比称为响应度(或响应率)。
2 量子效率定义为通过结区的载流子数与入射的光子数之比，常用符号η表示。
通过结区的光生载流子 数 Ip / e 入射到器件上的光子数 P / h

2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
科研热词 推荐指数 光瞳滤波器 3 光学超分辨 2 高斯衍射模型 1 远场 1 轴向超分辨 1 超高分辨近场结构 1 超分辨近场结构(super-rens) 1 超分辨近场结构 1 超分辨 1 表面等离激元 1 表面等离子晶体 1 表面增强拉曼散射 1 矢量衍射 1 温度场 1 扫描近场光学显微术 1 可调谐 1 双重曝光 1 全内反射荧光显微术 1 光磁混合存储介质 1 光学相干层析成像 1 光学显微术 1 信息光学 1 位相型光瞳滤波器 1 bubble微结构 1
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
推荐指数 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
科研热词 载噪比 超分辨 薄膜 锑铋合金 超分辨薄膜 超分辨成像 窄带滤光 稳定性 磁控溅射 相位梯度 环形光锥 物理光学 焦移 消色差 横向超分辨 显微 微丝束 可调光瞳滤波器 双折射晶体 单分子定位 共溅 光瞳滤波器 光学超分辨 光学显微 光学常数 光存储 信息光学 in掩膜