微扫描成像技术

Microscopy and Microanalysis微镜技术在科学研究，医学诊断以及材料分析等领域具有广泛的应用前景。

其中，扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等成像技术已成为微纳米科学和技术领域的重要工具。

一、扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜(SEM)常用于表面形貌的表征和成分分析。

它的成像原理是利用加速电子束扫描样品表面，产生的次级电子和背散射电子来获得样品表面形貌的信息。

与其他各种显微镜技术相比， SEM具有不同的成像分辨率和深度。

因此，SEM被广泛应用于金属，半导体，生物和材料等领域的研究中，如半导体芯片和纳米材料的研究，生物和医学诊断的应用。

二、透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜(TEM)是一种用于研究物质结构和成分的高分辨率显微镜。

它的成像原理是电子的波长比光的波长短得多，这使得它能够穿透样品的厚度。

TEM可以在纳米和亚纳米尺度下观察材料的内部结构和状况，例如，结晶结构和化学成分等。

与SEM不同的是，TEM需要使样品非常薄，通常要在样品表面制备非常薄的切片。

此外，TEM操作复杂，需要更高的样品清洁度和操作技能，但它是研究一些材料科学中最重要的手段之一，如催化剂，电子器件和纳米材料的结构研究。

三、原子力显微镜(AFM)原子力显微镜(AFM)是一种在三维尺度下展示材料表面形貌和性质的技术。

它利用非接触的方式扫描样品表面，然后用针尖扫描表面。

AFM可以实现亚纳米分辨率，可用于研究单个分子，表面反应，材料力学性质，生物分子和纳米盖层等，需要高分辨率成像和力传感器的情况，AFM是最有用的选择之一。

微镜技术已成为许多研究与诊断领域中不可缺少的工具。

SEM, TEM和AFM等成像技术将各自的高分辨率成像和成分分析的技术带到了许多应用领域。

未来会有更多的微镜技术被开发出来，为更多的科学和工程领域提供更多选择和创新思路。

作者： 无
作者机构： 不详
出版物刊名： 科学中国人
页码： 16-16页
年卷期： 2017年 第2期
主题词： 成像技术 超分辨 微透镜 中科院沈阳自动化研究所 扫描 非生命物质 实时观测 纳米机器人
摘要：中科院沈阳自动化研究所刘连庆等研发出具有实时视觉反馈能力的扫描微透镜超分辨成像技术（SSUM）．该技术无需荧光染色和激光激发．可以在自然条件下打破光学衍射定律所限制的观测极限．实现了生命和非生命样品的超分辨实时观测。

相关成果发表于《自然-通讯》。

该项成果实现纳米尺度生命物质和非生命物质的动态追踪，提升纳米机器人的功能和性能。

微波成像技术在医学影像诊断中的应用研究随着现代医学技术的不断进步，医学影像诊断作为医疗领域中非常重要的一环已经发挥了越来越重要的作用。

其中，微波成像技术作为一种新兴的无损检测技术，其在医学影像诊断中的应用也越来越受到关注。

首先，微波成像技术的基本原理是利用微波穿透人体组织后的反射特性，得到人体内部组织的电学参数分布情况，进而实现对人体内部组织或器官的成像。

相比于其他医学影像技术，如X光影像、CT、MRI等，微波成像技术具有无辐射、成像速度快、低成本等特点。

因此，在某些方面具有其他医学影像技术无法比拟的优势。

其次，微波成像技术具有广泛的应用前景。

目前，其在乳腺癌、肺癌、脑卒中等疾病的早期诊断及疗效观察方面发挥了重要作用。

在乳腺癌的诊断方面，微波成像技术可以通过对患者进行乳腺扫描，在较早的阶段对乳腺肿块进行检测和定位，进而实现对该疾病的早期诊断。

在肺癌方面，微波成像技术可以通过检测人体内肺部组织的电学参数变化，实现对肺癌的精准诊断和治疗效果的评估。

在脑卒中领域，微波成像技术可以借助其快速成像的特点，对脑卒中病变区域进行准确的定位，并实现对病变区域的治疗。

最后，微波成像技术也存在一些问题和挑战。

其一，由于人体内部组织和器官的复杂性，微波成像技术的成像质量十分依赖探头的设计和工艺，而目前的探头设计上仍存在一些问题。

其二，微波成像技术的应用和推广还存在一定的难度和限制，如需要更多的样本数据的积累和系统性的研究工作等。

总之，微波成像技术在医学影像诊断中的应用具有很大的发展潜力。

未来，我们可以通过不断的技术改进和研究，进一步提高微波成像技术水平，从而更好地服务于医学领域，为人类的健康事业做出更大的贡献。

微波成像技术的理论分析与应用微波成像技术是指利用微波对被测物体进行探测、成像和分析的一种技术。

相比于传统的成像技术，微波成像技术具有非接触式、全天候、全天时、全天向等优势。

因此，微波成像技术在军事、安防、医疗、工业等领域的应用逐渐增多。

本文就微波成像技术的理论分析和应用做简要介绍。

1. 微波成像技术的理论分析微波成像技术的理论基础是电磁学原理。

电磁波可以在各种不同介质中传播，其传播方式和速度受到介质的介电常数和磁导率的影响。

在微波成像过程中，微波信号被发射器发出，经过被测物体后再被接收器接收。

根据电磁波的传播特性，可以根据接收到的信号反演出被测物体的物理参数分布。

微波成像技术最常用的成像方法是微波探头成像法。

该方法采用一种特殊的探头对被测物体进行扫描。

由于被测物体对微波信号的吸收、反射或散射等过程产生的物理参数的变化，使得微波信号在各个点上的传输不完全相同，从而形成被测物体的电磁信息。

接着，接收器收集所有扫描点上的信息，并通过一定的算法构建出被测物体的二维或三维图像。

2. 微波成像技术的应用2.1 医疗领域微波成像技术在医疗领域中的应用主要是针对乳腺癌的早期诊断。

由于乳腺组织对微波有较强的吸收能力，且不同组织的吸收程度不同，因此借助微波成像技术可以对乳腺组织进行成像。

利用微波成像技术进行乳腺癌的早期诊断不仅可以避免传统乳腺X线摄影对人体可能造成的放射性危害，同时还能够确保对乳腺组织进行较为精确的成像，提高诊断的精确度。

2.2 工业领域微波成像技术在工业领域中的应用主要是针对检测材料的缺陷。

在很多生产过程中，由于各种因素，材料中会出现一些缺陷，比如裂缝、气孔、异物等。

这些缺陷对于材料的使用性能有非常大的影响。

利用微波成像技术可以对材料进行快速、非接触式的检测。

通过分析微波信号的变化，可以检测出材料中的缺陷，从而提高材料的质量和性能。

2.3 军事和安防领域微波成像技术在军事和安防领域中的应用主要是针对隐蔽物体的探测和成像。

扫描显微镜成像原理
扫描显微镜是一种关键的现代科学仪器，用于高分辨率观察微观尺度下的样本。

它的
原理基于扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）。

扫描显微镜能够通过探测样本表面的反射或散射电子来生成图像。

扫描显微镜的成像原理可以简单概括为以下几个步骤：准备样本、扫描电子束、探测
信号、生成图像。

必须准备好要观察的样本。

这通常涉及到将样本表面涂覆上一层导电物质，例如金属。

导电物质的涂覆可以确保电子束在样本表面上的有效扫描和散射，以获得更清晰的图像。

接下来，通过对样本表面的电子束扫描，电子束与样本表面的原子和分子发生相互作用。

在此过程中，电子束会以不同的方式与样本表面上的物质相互作用，例如散射、反射
或透射。

然后，通过探测这些与电子束交互作用的信号，可以获取有关样本表面拓扑、形貌和
化学组成等信息。

常用的探测信号包括二次电子和反射电子。

通过对从样本表面得到的信号进行处理和分析，可以生成一张高分辨率的图像。

图像
的生成通常会涉及到对信号进行放大、滤波和转化为亮度等级等过程。

扫描显微镜通过探测样本表面的反射或散射电子，利用电子束的扫描来观察并记录样
本表面的形貌、结构和化学组成等信息。

其原理和技术的发展使得我们能够更全面、深入
地了解微观世界。

扫描隧道显微镜成像原理扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）是一种使用近期发展起来的高分辨率显微技术。

它是由希刺宁和伯曼两位诺贝尔物理学奖得主于1981年共同发明的，其原理基于量子力学中的隧道效应。

隧道效应是指当具有波粒二象性的粒子（如电子）在两个不同能级之间存在势垒时，依然有一定概率穿过势垒进入另一侧的现象。

在STM中，将一个尖锐的导电探针（通常是铂铱合金）放置在样品表面上，探针与样品之间建立微小的电压差，形成微小的电流。

当调节电压差使得电流稳定，探针表面的电子会隧道穿过样品表面的势垒，产生微小的隧道电流。

针尖与样品之间的隧道电流与尖端与样品之间的距离密切相关。

当探针与样品之间的距离足够近时，隧道电流会非常敏感地变化。

通过使探针在样品表面进行细微的位置调整，可以测量针尖与样品之间的距离变化，进而得到样品表面的拓扑结构信息。

为了实现高分辨率成像，STM需要在真空环境下进行操作，以避免气体分子与探针的干扰。

探针和样品的表面都必须非常光洁，通常需要使用化学方法或者高温处理来净化。

此外，探针和样品表面的电导率也会影响扫描结果，因此需要选择合适的探针材料和样品。

STM广泛应用于凝聚态物理、表面科学以及纳米技术等领域。

它可以提供原子级别的表面形貌信息，帮助科研人员研究材料的表面性质、晶格结构和表面反应等。

同时，STM还可以通过通过在原子尺度上移动和操纵探针，进行纳米尺度的加工，开展纳米器件制备和操作。

它的发展对于材料科学和纳米技术领域的研究和应用具有重要意义。

在使用STM时，需要注意保持实验环境的稳定性，避免干扰因素的干扰。

此外，样品的准备和操纵也需要非常小心，避免对样品造成损害。

仪器的使用者需要具备一定的物理学和表面科学方面的知识，熟练掌握STM的操作方法。

总之，扫描隧道显微镜通过利用隧道效应实现了高分辨率成像。

它在材料科学和纳米技术领域发挥着重要作用，为我们研究和理解原子尺度的世界提供了有力工具。

微电阻率扫描成像测井解释方法及应用研究成像测井技术自从引进我国后在沉积构造识别、薄层识别以及裂缝检测等物理属性成像方面取得了一定的进展，但是井下地层地质特征与成像图形的对应关系还需要进一步分析和探讨。

应该在实际测井工作中根据成像仪的特征特点建立地区相应关系，进一步研究成像解释方法。

标签：微电阻率扫描成像测井解释方法裂缝检测本文以全井眼微电阻率扫描成像测井仪为代表，主要介绍了电成像测井技术的仪器指标、仪器结构、基本原理、工作原理以及物理基础。

在对成像测井资料进行预处理的基础上，进一步对成像测井在岩心刻度成像、裂缝检测识别等方面的应用展开了探讨。

1微电阻率扫描成像测井的必要性由于油气地域构造复杂，采集资料品质差，构造形态作图存在较大的误差，油气储层存在严重的非均匀性且横向预测结果多样，导致影响了我国油气的开发效益和全局勘探。

我国的测井资料就目前而言还不能对其进行客观准确的解释和评价。

主要体现在两个方面：第一，华东油气田复杂多变的地质特征使得资料解释结果存在较大的偏差，需要进一步精细解释井旁构造形态，而且油田内储层岩石构造的非均匀性、碳酸盐高阻地层与砂泥岩低阻地层的复杂地质特征使常规测井难以精细解释井旁构造形态。

第二，华东油气田砂泥岩类裂缝储层、灰岩缝洞类储层的纵、横分布复杂且不均匀，裂缝产状伴随泥浆入侵裂缝性储层以及低孔等使得判别流体性质存在较大的难度。

因此有必要对微电阻率扫描成像测井的解释方法和应用进行深入的了解和探讨，提高我国油田开发勘探效率和经济效益。

2微电阻率扫描成像测井解释方法2.1仪器结构及测量原理本文以全井眼微电阻率扫描成像测井仪（英文全称为Fullbore Formation MicroImager，简称FMI）为代表，对电成像测井资料处理进行了简单的探讨。

全井眼微电阻率扫描成像测井仪的四个手臂分别有一个折页极板和一个主极板，这种状如手掌的结构使得极板增加，可以覆盖更加广泛的井壁范围。

扫描电镜原理扫描电镜（Scanning Electron Microscope, SEM）是一种用途广泛的显微成像技术，可以用于通过电子束显示、分析和测量显微尺寴的样品表面特性。

它是由一对离心机和聚焦器、电子枪和探针、探测器和屏幕组成，它主要用于分析微细结构，例如矿物、蛋白质、微生物和进一步的分析。

扫描电镜的原理是，一束聚焦的带电粒子通过样品的表面，形成电子衍射、共振及其他与表面凹凸形状有关的现象，从而产生电子表面分析图形。

由于扫描电镜中的聚焦电流峰在不断地扫描样品表面，所以它以扫描的方式收集信号。

用SCAN-A-Tron型扫描电子枪所产生的高真空电流被探测器检测，然后被屏幕上的电子扫描器显示出来，从而形成图形。

当电镜扫描样品时，光子将在聚焦点与样品交互作用，释放出一些特有的能带分子，例如电子、光子和反应中子，其中的反应电子是最主要的释放粒子，这些释放的粒子将进行电弹射，从而产生各种不同的电子衍射。

其中释放电子衍射是用于分析微细结构最常用的方式。

探测器根据表面上释放出的粒子探测信号，然后经过放大，被阳极束穿孔屏显示出来，从而形成图像。

这个原理同样也适用于电子束显微镜（Transmission Electron Microscope）和透射电子显微镜（TEM），只是其中的真空管和电子束会不断地射向样品，且形成的图像会清晰的展示出样品的细节，如孔洞结晶等信息，可以用来分析微细结构，从而识别、测量和测试机械特性。

扫描电镜也可用于光学显微成像，因为它具有较强的穿透能力，可以较深的观察，同时用户还可以改变显微镜的倍数来得到更多信息，从而实现极高的显微成像水平。

另外，它还可以在多种不同的研究领域上使用，如半导体、晶体、材料分析等。

microct检测步骤
Micro-CT是一种用于无损检测和分析微观结构和材料的成像技术，其工作原理类似于医用CT技术。

以下是Micro-CT 检测的一般步骤：
样品准备：根据检测需求，选择合适的样品，并进行必要的预处理，以确保样品能够稳定地放置在Micro-CT设备中进行扫描。

设备设置：打开Micro-CT设备，并设置扫描参数，如电压、电流、像素大小、旋转角度等。

这些参数将直接影响扫描结果的分辨率和准确性。

放置样品：将准备好的样品放置在Micro-CT设备的旋转平台上，确保样品的稳定性和位置的准确性。

开始扫描：启动Micro-CT设备，开始扫描样品。

在扫描过程中，设备会通过X射线源产生一束平行的X射线束，穿透待测样本。

然后通过传感器探测并记录多个角度的X射线图像。

数据处理：扫描完成后，通过计算机软件对获取的图像数据进行处理，包括图像重建、去噪、增强等处理，以获得更清晰、更准确的图像。

结果分析：根据需要，对处理后的图像进行进一步的分析和处理，如测量孔隙大小、识别裂纹等，以得出检测结果。

保存数据：将获取的Micro-CT图像数据保存，以便后续的分析和处理。

需要注意的是，Micro-CT检测的具体步骤可能会因为不同的设备型号和实验条件而有所差异。

因此，在进行Micro-CT 检测时，应根据具体的设备和实验要求进行操作。

微波成像技术在医学检测领域的应用研究微波成像技术是一种新兴的无损检测技术，它利用微波信号穿透物体并被接收器捕捉，通过对信号的处理和分析，可以得到物体内部的结构，识别出可能存在的异常。

近年来，人们对微波成像技术在医学检测领域中的应用越来越感兴趣，因为它具有无辐射、快速、准确等优点，可以对早期病变进行有效监测和诊断。

本文将探讨微波成像技术在医学检测领域的应用研究，包括技术原理、优势和限制、应用前景等方面。

一、技术原理微波成像技术利用高频微波信号穿透物体，并产生被物体组织吸收、散射和反射的反演波。

这些反演波经过接收器的接收和处理，形成以物体组织结构为基础的图像。

微波成像技术可以利用极低功率的微波光束在短时间内扫描每一个特定区域，之后再将采集到的微波信号进行分析和处理，从而获得断层图像和组织结构图像。

二、优势和限制微波成像技术在医学检测领域有很多优势。

首先，它不会对人体产生辐射和伤害，因为其能量极小，是一种无损检测技术。

其次，在检测速度方面，它比其他成像技术更快速和高效，可以在几秒钟内捕捉到物体的不同信息。

此外，微波技术可以很好地穿透不同类型的组织，如乳腺纤维瘤、肝癌、肺癌、甲状腺结节等，并利用微波信号的吸收、散射和反射等特性，获得更加准确和清晰的图像信息。

然而，微波成像技术也有一些限制。

首先，它需要相对较高的技术和专业知识，才能正确地进行信号处理和图像分析。

因此，对于医生和研究人员来说，需要更多的训练和实践，才能熟练地运用该技术。

其次，微波成像技术的分辨率较低，不同区域的组织密度和构成可能相似，导致图像分析和诊断的困难。

因此，进一步提高其分辨率和灵敏性，是未来微波成像技术发展的关键。

三、应用前景微波成像技术在医学检测领域的应用前景广阔。

目前，该技术已经被用于肝癌和乳腺癌等主要癌症的早期检测和诊断。

同时，微波技术还可以用于修复手术前后的组织结构检测，帮助医生确定肿瘤部位和大小，评估手术效果。

此外，微波技术还可以用于心血管和神经系统方面的疾病检测和监测。

第26卷第1期2007年2月红外与毫米波学报J.I nfrared M illi m .W avesVol .26,No .1February,2007文章编号:1001-9014(2007)01-0010-005收稿日期:2006203230,修回日期:2006211230 Rece i ved da te:2006203230,rev ised da te:2006211230基金项目:国家973课题(5131305)作者简介:吴新社(19662),男,湖南邵阳人,高级工程师,主要从事红外光电器件研发.红外凝视成像系统中的光学微扫描技术吴新社,　蔡　毅(昆明物理研究所,云南昆明　650223)摘要:简要介绍了国内外微扫描技术研究情况,讨论了用于凝视焦平面探测器的微扫描技术原理和分类,按伺服电机驱动和压电陶瓷驱动两种形式,分析了微扫描技术的原理、结构和信号读出方式,最后总结了微扫描技术的优点.关　键　词:光学微扫描;红外成像;凝视;红外焦平面探测器中图分类号:T N 文献标识码:ATECHNI QUES OF OPTI CAL M I CR OSCAN I N STARI NGI NFRARE D I M AGI NG S YSTE MWU Xin 2She,　CA I Yi(Kun m ing I nstitute of Physics,Kun m ing 650223,China )Abstract:The m icr oscan techniques studies both domestic and overseas were intr oduced briefly and the p rinci p les and cat 2egories of m ircoscan techniques used for I R staring i m aging were discussed .According t o different actuating ele ments,such as servo mot ors and ferr oelectric ceram ics,the p rinci p les,structues and signal read 2out of m icr oscan were described in de 2tail .Finally,the merits of m icr oscan were su mmarized .Key words:op tical m icr oscan;infrared i m aging;staring;I RFP A引言随着凝视型红外焦平面探测器的发展,微扫描技术的重要性逐渐显现.通过微扫描技术,可以在不降低探测器热灵敏度的前提下提高成像系统的空间分辨力.微扫描技术是一种微位移技术,原理是在规定的方向上使景物图像相对于探测器表面移动规定距离,为探测器采样提供位置微小变化的图像.在红外成像系统设计中,空间分辨力不足限制了整机的探测距离进而成为制约红外成像系统发展的技术瓶颈.分辨力高低主要受探测器制造成本和光学衍射极限的限制,还与红外焦平面探测器的器件结构有关.首先,目前虽然可以做出大规模的红外焦平面探测器,但是成本很高,性价比低,原因是制备大尺寸均匀性好的红外晶体材料很困难,难以满足使用要求,探测器制作工艺水平还不完美,与之相连的采用平面工艺制造的读出电路的性能也受制于平面尺寸,这些因素共同作用使得探测器的制造成本居高不下.其次,红外成像系统工作在波长较长的红外波段(1～12μm ),在光学系统的f/#数确定的情况下,波长越长衍射光斑越大,从这一点来看,即使探测器制造水平很高也不可能做出分辨力很高的探测器,因为探测器设计的首先要保证热灵敏度(探测距离),然后才考虑分辨力.第3,探测器结构决定了它的填充因子小于100%,有的甚至低于50%,也就是说探测器光敏面上存在盲区,不能探测到视场内的所有信息,人为抖动或随机振动也不能可靠地消除这一缺陷.第4,微扫描器件的开发成本远低于高分辨力探测器的制造成本,也就说后者的性能与价格比不高.第5,工作过程中凝视型红外焦平面探测器尤其是光伏型器件多数时间处于等待状态,只有少数时间处于积分状态,器件潜能没有充分发挥出来.通过微扫描技术可以在不增加红外焦平面探测器探测元总数的情况下提高红外成像系统的分辨力,扩1期吴新社等:红外凝视成像系统中的光学微扫描技术大热成像系统的作用距离,消除探测器因填充因子小带来的探测盲区,同时还具有一定的稳像功能,这就是为什么国际上一些著名红外技术公司争相开发微扫描技术的原因.1　光学微扫描技术原理Nyquist 定律表明,探测器的采样频率只有大于场景最高空间频率的一倍时,所生成的图像才能完全反映场景信息.微扫描就是使场景相对于探测器做微小或规定运动,为探测器采样提供微小变化的辐射信号.微扫描在不影响探测器热灵敏度、探测元总数、光学系统结构和过多增加制造成本的前提下提高采样频率或扩大视场,并最终扩大瞬时视场(I F OV ).微扫描技术具体应用有两种,一种是视场不变提高空间分辨力,另一种是空间分辨力不变扩大视场.由于篇幅有限,文章主要讨论提高空间分辨力的微扫描技术.图1　提高空间分辨率的微扫描技术原理Fig .1　Princi p le of m icr oscanning technique t o i m p r ove res olu 2ti on提高空间分辨力的微扫描原理如图1所示,图中以2×2微扫描为例,微扫描得到4幅子图像,通过信号处理电路将4幅子图像合成在一起,这样空间分辨力就提高到原来图像的4倍,视场保持不变.需要特别说明的是,微扫描模式(子图像数)要根据探测器的最高工作频率而定,两者的参数需要匹配.一般情况下,光子探测器尤其是光伏型的探测器的工作频率较高,热探测器的工作频率要低一些.频率越低,微扫描时能够得到的子图像数就越少.1.1　微扫描形式分类同普通扫描成像技术类似,微扫描形式多种多样.按扩大瞬时视场(I F OV )的方式不同,可分为提高空间分辨力的微扫描和扩大视场的微扫描.按所用驱动元件的不同,可分为电机驱动的微扫描、压电陶瓷驱动的微扫描、电场或超声波驱动的微扫描.按微扫描的模式不同可分为1×2,2×2,3×3,4×4,2×3,3×4等等.按微扫描过程的不同可分为连续微扫描和不连续微扫描两种.按光学元件与光的作用方式不同可分为反射式微扫描和折射式微扫描两种.1.2　国内外研究情况微扫描的理论研究始于上世纪70年代,器件开发始于90年代.西方国家在非制冷探测器开发过程中,为了将探测元间距大空间分辨力低的焦平面探测器用于空间分辨力较好的整机产品上而研发微扫描技术.经过长期研究,目前已经形成了以压电陶瓷驱动和电机驱动的两大产品系列(含英国、日本、加拿大、美国和韩国研制出的实验室产品),部分已经成功用于在空中或地面武器平台上,生产单位有美国的F L I R Syste m s 、Raytheon 、TI,英国的BAE Sys 2tem s 和法国的Thales .F L I R Syste m s 公司的所有COTS AN /AAQ 222系列吊舱系统都采用了微扫描技术;Thales 公司推出的V I P I R 近程武器热瞄准具(2005年4月1日),以及改进型MT 2DNGS 昼夜射击和观察瞄准具(2005年8月1日)采用了这种技术,并计划为荷兰皇家陆军的184辆CV9035Mk III 步兵战车提供UT AAS 火控系统,首批交货定于2006年5月1日.BAE Syste m s 公司以Merlin 系列非制冷红外焦平面探测器为核心的部分热像仪也采用微扫描技术.2006年上半年,加拿大的I N O 报道了8～12u m 和300～900nm 双波段直径100mm 的圆柱形枪瞄产品,该产品用160×120的非制冷探测器,通过2×2微扫描模式得到320×240像素的图像.韩国S AMS UNG 2THALES 公司生产的一款中波热像仪采用两个压电陶瓷元件分别驱动用于折转光路的两块平面镜摆动实现微扫描成像,微扫描模式为2×2,图像分辨力由原来的320×240提高到640×480.国内目前还没有开发出实用的微扫描器件,从报道的情况来看,理论研究、实验模拟方面的文章比较多,实用产品处于空白状态.2　提高空间分辨力的微扫描技术提高空间分辨力的微扫描主要针对填充因子小于100%的凝视型红外焦平面探测器,微扫描时子图像的最大位移小于探测元间距.将空间位置微小变化的子图像合成,就得到分辨力提高的完整图像,相当于用探测元间距缩小的探测器生成的图像.实现微扫描的形式多种多样,按驱动方式的不同,大致可以分成以电机驱动和压电陶瓷驱动两类.11红外与毫米波学报26卷图2　旋转多面体微扫描示意图Fig .2　Princi p le of m icr oscanning technique by r otating multi 2facets dru m2.1　电机驱动方式在压电陶瓷技术不成熟的情况下,电机驱动方式是最容易实现的一种方式.这种微扫描的原理是利用电机带动光学元件旋转、改变其光学面的法向矢量从而使反射或透射图像产生微小移动,达到微扫描目的.按使用光学元件的不同,电机驱动又可分为镜面反射和平板或透镜光学元件透射两种.图3　平板透射微扫描结构简图Fig .3　Princi p le of m icr oscanning technique by refractive p late2.1.1　镜面反射镜面反射最常用的情况是电机驱动多面体旋转,如图2所示,每个面上每点的法向矢量(自由曲面)与光轴的夹角不一样,每个反射面形成的微扫描图像(子图像)也不一样,通过控制这个法向矢量来确定子图像位移大小和方向.在微扫描精度要求很高的情况下,这种微扫描方式的设计和制作难度很大,因而它的应用受到限制.2.1.2　平板透射平板透射微扫描原理如图3所示,大圆为旋转圆盘,四个小圆为平板透射元件,平板光学元件入射面的法向矢量与光轴有一定夹角,光线穿过平板时由于折射作用,出射光线会在入射面内沿平板倾斜的方向移动距离Δd ,Δd 的大小由探测元间距和微扫描模式决定.如果将几个这样的光学元件放在同一个圆盘上,每个元件的与光轴的夹角大小相等方向不同,通过旋转就可以得到空间位置略微不同的子图像.图4　陶瓷驱动平面镜微扫描原理示意图Fig .4　Princi p le of m icr oscanning technique with m irr or actua 2ted by PZT这种微扫描方式可以将斩波与微扫描有机结合为一体,结构紧凑,特别适合于非制冷热释电凝视焦平面探测器.探测器的几何尺寸较大时改为阿基米德螺旋线,信号读出采用逐行读出方式.其突出特点是可以解决因高性能压电陶瓷技术不足而带来的技术难题,微扫描过程连续,工作效率高,不足之处是微扫描精度有限,设计复杂,工艺难度较大.2.2　陶瓷驱动方式陶瓷驱动方式是指利用压电陶瓷的电致伸缩特性驱动光学元件运动,通过改变光学元件的空间位置改变由它们所生成的图像的空间位置,从而得到微扫描图像.2.2.1　平面反射镜如图4所示,两个驱动元件分别安装在可以使平面镜绕两个正交轴旋转的驱动位置,控制压电陶瓷的伸缩就可以改变平面反射镜的反射角度,从而改变反射光束的位置,得到不同位置的子图像.为说明问题,图中所示有点夸张,实际上每一幅相邻子图像的位移距离为1/2个探测间距.这种微扫描过程为平面镜先运动到某幅子图像位置,然后保持在这个位置,等到信号读出时再转向下一个子图像位置,循环往复直到程序停止.从上面的描述来看,这种微扫描过程是不连续的,微扫描时不运动,运动时不微扫描.它的优点是微扫描位置精度比较高,凝视成像,可以生成多种模式的微扫描,不足之处是存在“像旋”.2.2.2　平板透射元件平板透射元件微扫描方式的结构与上面介绍的平面反射镜微扫描方式类似,也是通过压电陶瓷驱动平板透射元件运动改变元件的法向矢量得到微扫描图像的.如图5所示,平板透射光学元件由两个压电陶瓷驱动分别绕两个正交轴旋转,透射元件的偏转角度由陶瓷的驱动行程决定,即两个驱动元件共211期吴新社等:红外凝视成像系统中的光学微扫描技术图5　陶瓷驱动平板透射元件微扫描原理示意图Fig .5　Princi p le of m icr oscanning technique with refrac 2tive p late ele ment actuated by PZT同决定了元件的法向矢量,不同的法向矢量得到不同的子图像.特点与上面基本一样.2.2.3　成像透镜成像透镜微扫描是指利用压电陶瓷作为驱动元件,驱动成像透镜在垂直于光轴的平面内运动得到微扫描图像.如图6所示,成像系统的单个透镜元件置于支承架内,在两个正交方向上分别设置压电陶瓷元件,用来驱动和支承透镜,两个元件共同运动使成像透镜按预定模式运动,从一个位置沿直线运动到另一个位置,一个元件伸长另一个元件相应地也要伸长.它可以做常用的2×2,3×3,4×4微扫描,也可做2×3,3×4微扫描.图6a 是硬件结构示意图,图6b 是2×2微扫描模式示意图.这种微扫描方式的特点是选择模式多,可控性能好,微扫描精度高.不足之处对压电陶瓷的驱动能力,响应速度和定位精度要求较高.2.3　电机驱动与压电陶瓷驱动的微扫描器件性能比较(如表1所示)表1　电机驱动与压电陶瓷驱动的微扫描器性能比较表Table 1　Co m parable sheet of m i croscann i n g perfor mancebetween m i croscanners m oti va ted by m otors and p i ezoelectr i c ceram i cs驱动方式扫描精度扫描过程成像形式体积功耗电机驱动低连续扫描大低陶瓷驱动高不连续凝视小高3　微扫描过程中的同步信号微扫描生成的子图像要通过后面的信号处理电路才能合成为分辨力提高的图像,因此需要同步信号来统一“动作”.同步信号是指控制微扫描状态和红外焦平面探测器信号读出时序的控制信号.凝视型探测器通常选用逐行读出方式和整帧读出(Snap2图6　成像透镜微扫描原理Fig .6Princi p le of m icr oscanning technique by lens ele mentshot )方式,在微扫描状态下,对于扫描成像的微扫描,探测器的信号读出应选择逐行读出方式,而对于凝视成像的微扫描则应选择整帧读出方式.在上面介绍的几种微扫描形式中,只有电机驱动平板透射元件的微扫描方式是扫描成像,其余都是凝视成像.图7　扫描成像时的同步信号Fig .7　Synchr onous signal in scanning i m age3.1　扫描成像时微扫描的同步设计从上面的分析可知,这种情况下探测器只能选择边积分边读出的方式.微扫描圆盘做匀速圆周运动,如果将窗口形状设计成阿基米德螺旋线,可使微扫描器近似均匀地逐行扫过,也就是说探测器是被逐行曝光的.又由于微扫描窗口大小一致,可以认为每一行的曝光时间是相等的.因此探测器的同步信号起始点应当在第一行曝光结束点位置,在这个位置设置一个信号发生点就可以了,具体做法如图7所示,仍以2×2微扫描为例,在圆盘上边缘距每个微扫描窗口结束边相应位置打上一个通孔,在这个孔的正下方安装一对光耦合器(不动),当圆盘旋转时其上的通孔也一起旋转,通孔与光耦合器正对时光耦合器上发光二极管发出的光不能反射回去,光敏元件输出一个信号,这个信号启动探测器进行信号读出.圆盘转过这个位置后又有光信号反射回去,光耦合器复位.探测器在完成整个一帧图像的读出后复位,等待下一个读出信号的到来,如此反复进行.这种同步方式结构简单,容易实现,相位与微扫描窗口的空间位置一一对应.3.2　凝视成像时微扫描的同步设计旋转自由曲面多面体的同步信号设计与上面介31红外与毫米波学报26卷绍的扫描成像时微扫描同步设计类似,在此不再赘述.压电陶瓷驱动下的微扫描同步信号设计比较简单,方法是由同一个信号源去同时控制压电陶瓷运动和探测器信号读出.以2×2微扫描为例,共分4个步骤,其控制过程为(积分1)→(微扫描元件运动1的同时探测器信号读出1)→(积分2)→(微扫描元件运动2的同时探测器信号读出2)→(积分3)→(微扫描元件运动3的同时探测器信号读出3)→(积分4)→(微扫描元件运动4的同时探测器信号读出4),然后重复上述过程.由于微扫描元件的运动只有“动”和“不动”两种状态,因此可以将“运动”状态表示为1,“不动”状态表示为0,两个方向的压电陶瓷的表示方法都一样,那么我们可以将整个微扫描控制过程用一个类似于数字电子技术中的真值表来表示,如表2所示.需要说明的是,虽然微扫描器和探测器同时收到信号源发出的控制信号,但动作并不是同时发生,微扫描动作是立即执行,但探测器的信号读出要经过延时电路的延时处理,过早读出是错误的.延时长度由探测器积分时间决定.表2　凝视成像时微扫描的状态控制表Table2　St a te con trol sheet of m i croscan w ith st ar i n g i m a2g i n g微扫描步骤水平方向垂直方向信号读出状态①001②011③101④1114　结论随着红外焦平面探测器技术的发展,微扫描技术越来越受到人们的重视.微扫描技术建立在普通的扫描成像技术和凝视型红外焦平面探测器技术之上,扫描原理和结构没有多大改变,但扫描幅度更小,扫描精度更高,扫描形式更多.微扫描技术可以弥补红外焦平面探测器填充因子小于100%的固有缺陷,充分利用它的等待时间进行微扫描成像,长远来看,微扫描技术是红外技术领域竞争的又一项重要技术.REFERENCES[1]Joseph C Gillette,ThomasM Stadt m iller.A liasing reducti onin staring infrared i m agers utilizing subp ixel techniques[J], O pt.Eng.1995,34:3130—3137.[2]Cabanski W,B reiter R,Mauk K2H,et al.M iniaturizedhigh perf or mance starring ther mal i m aging syste m[J], P roc.SPIE,2000,4028:208—219.[3]Jean Fortin,Paul Chevrette.Realizati on of a fastm icr oscan2ning device for infrared focal p lane arrays[J],Proc.SPIE, 1996,2743:185—196.[4]Ed ward A W ats on,Robert A Muse,Fred P B l ommel.A liasing and blurring in m icr oscanned i m agery[J],Proc.SPIE,1992,1689:242—250.[5]John Lester M iller,John W ilste.Benefits of m icr oscan f orstaring infrared i m agers[J].Proc.SPIE,2004,5407: 127—138.[6]Berger on A,Jer om inek H.Dual2band dual field2of2vie wT VW S p r ot otype[J].P roc.SPIE,2006,6206:62061O\ 1—62061O\9.[7]WAN You2Bao,Y ANG Pei2Zhi,WU Yu2Rong,et al.Effects of compositi on i onic concentrati on on the Ra man s pectra of ferr oelectric potassiu m lithiu m ni obate crystals [J].J.Infrared M illi m.W aves(万尤宝,杨培志,吴玉蓉,等,组分离子浓度对铁电铌酸钾锂晶体光谱的影响.红外与毫米波学报),2005,24(5):331—334.[8]CHE N Yuan2Yuan,Y U J in2Zhong,CHE N Shao2WU,et al.Research on i m p r oved methods of reducti on of bend l oss of silicon2on2insulat or waveguides[J].J.Infrared M illi m.W aves(陈媛媛,余金中,陈少武,等,S O I波导弯曲损耗改善方法的研究.红外与毫米波学报),2005,24(1):53—55.41。

扫描成像实验报告扫描成像实验报告引言：扫描成像技术是一种非常重要的实验方法，它可以用于各种领域，如医学、材料科学和地质学等。

本实验旨在利用扫描成像技术，对一些常见的物体进行扫描成像，并对成像结果进行分析和解读。

实验材料和仪器：1. 扫描电子显微镜（SEM）2. 样品：包括金属块、昆虫标本和植物组织等实验步骤：1. 准备样品：将金属块、昆虫标本和植物组织等样品进行处理，确保样品表面干净、平整。

2. 扫描成像：将样品放入SEM中，调整SEM的参数，如电子束加速电压、电子束聚焦等，使得样品能够获得清晰的成像。

然后，通过扫描电子束对样品进行扫描，获取样品的表面形貌信息。

3. 数据分析：根据扫描得到的成像结果，对样品的形貌特征进行分析和解读。

可以观察样品表面的微观结构、纹理和颗粒分布等。

4. 结果记录：将观察到的成像结果进行记录，并进行必要的标注和注释。

实验结果：1. 金属块：通过SEM扫描成像，我们观察到金属块表面的微观结构非常光滑，没有明显的凹凸和颗粒分布。

这表明金属块具有较好的表面质量和均匀性。

2. 昆虫标本：昆虫标本的扫描成像结果显示出昆虫体表的细节结构，如触角、翅膀和足部等。

这些细节结构的清晰度和形状特征对于昆虫分类和研究非常重要。

3. 植物组织：对植物组织进行扫描成像后，我们可以观察到植物细胞的形态特征和细胞壁的结构。

这些信息有助于我们了解植物的生长和发育过程。

讨论与分析：通过本次实验，我们发现扫描成像技术在对不同样品进行观察和分析时具有很大的优势。

相比传统的光学显微镜，SEM能够提供更高的分辨率和更大的深度，使我们能够观察到更微小的细节和更复杂的结构。

此外，SEM还可以通过调整参数来改变成像效果，进一步提高成像质量。

然而，扫描成像技术也存在一些限制。

首先，扫描成像需要对样品进行处理和准备，这可能会导致样品的形态和结构发生改变。

其次，SEM的成像结果只能反映样品表面的形貌特征，对于内部结构的观察有一定的局限性。

扫描成像的基本原理一、引言扫描成像技术是一种通过扫描目标物体并记录其表面特征的方法。

它的应用非常广泛，包括医学影像、工业检测、安全检查等领域。

本文将介绍扫描成像的基本原理，包括光学扫描成像和雷达扫描成像。

二、光学扫描成像光学扫描成像是利用光学原理进行成像的一种方法。

它主要包括两个步骤：光源照射和光信号接收。

1. 光源照射：在光学扫描成像系统中，通常使用激光作为光源。

激光具有高亮度和直线传播的特点，能够提供高质量的光信号。

激光照射到目标物体上后，被物体表面反射或散射。

2. 光信号接收：接收光信号的装置通常是一个光电传感器。

光电传感器能够将光信号转化为电信号，并经过放大、滤波等处理后输出。

通过扫描物体表面，光电传感器可以记录下光信号的强度和方向信息。

三、雷达扫描成像雷达扫描成像是利用雷达技术进行成像的一种方法。

它主要包括两个步骤：雷达波束发射和回波接收。

1. 雷达波束发射：雷达通过发射电磁波来感知目标物体。

发射的电磁波可以是微波、毫米波或射频波等。

这些电磁波在空间中传播，并与目标物体相互作用。

一部分电磁波被目标物体反射回来，形成回波。

2. 回波接收：接收回波的装置通常是一个接收天线。

接收天线能够接收到回波信号，并将其转化为电信号。

电信号经过放大、滤波等处理后，可以得到目标物体的位置和速度等信息。

四、扫描成像的应用扫描成像技术在医学影像、工业检测和安全检查等领域有着广泛的应用。

1. 医学影像：在医学影像中，扫描成像技术可以用于检测人体内部的结构和病变。

例如，CT扫描利用X射线进行成像，可以清晰地显示人体内部的骨骼和软组织。

超声波扫描利用声波进行成像，可以观察到胎儿、器官和血管等。

2. 工业检测：在工业领域，扫描成像技术可以用于检测产品的质量和缺陷。

例如，红外热像仪可以扫描物体的表面温度分布，用于检测设备是否存在故障或热失控的情况。

激光扫描仪可以扫描产品的三维形状，用于检测产品的尺寸和形状是否符合要求。

光学2轴扫描mems
光学2轴扫描MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) 是一种基于光学原理的微型扫描设备。

它采用微机电技术，将传统的机械扫描方式转变为光学扫描，具有体积小、功耗低、响应速度快等优点。

光学2轴扫描MEMS的工作原理类似于人眼的运动方式。

它由两个相互垂直的轴，即水平和垂直轴组成。

水平轴负责水平方向的扫描，垂直轴则负责垂直方向的扫描。

当光束通过光学系统进入MEMS设备时，水平轴和垂直轴的微小运动将光束按照设定的路径进行扫描。

光学2轴扫描MEMS可以应用于多个领域。

例如，在激光投影显示领域，它可以用于实现高清晰度的投影。

通过控制MEMS设备的扫描范围和速度，可以实现精确的像素点控制，从而呈现出清晰、细腻的图像。

在光学通信领域，光学2轴扫描MEMS也可以用于实现光纤通信的快速调制。

通过控制MEMS设备的扫描速度和方向，可以实现光信号的快速调制，提高通信速率和带宽。

除此之外，光学2轴扫描MEMS还可以应用于生物医学领域。

例如，在生物成像中，它可以用于实现细胞和组织的高分辨率成像。

通过控制MEMS设备的扫描路径和速度，可以获取更多的细节信息，为医学研究和诊断提供更准确的数据。

总结起来，光学2轴扫描MEMS是一种基于光学原理的微型扫描设
备，具有体积小、功耗低、响应速度快等优点。

它可以应用于激光投影显示、光纤通信和生物医学等多个领域，为相关应用提供高清晰度、快速调制和高分辨率成像等功能。

光学2轴扫描MEMS的发展为各个领域的技术进步和应用创新提供了广阔的空间。

Micro-CT 原理及应用1、Micro-CT简介Micro-CT（micro computed tomography，微计算机断层扫描技术），也称为显微CT、微焦点CT或者微型CT。

它是采用了与普通临床CT不同的微焦点X线球管，对活体小动物或多种硬组织和相关软组织进行扫描成像分析的技术，它的分辨率高达几微米，仅次于同步加速X线成像设备水平，具有良好的“显微”作用，扫描层厚可达10μm。

该技术是一种非破坏性的3D成像技术，可以在不破坏样本的情况下清楚了解样本的内部显微结构。

它与普通临床的CT最大的差别在于分辨率极高，可以达到微米（μm）级别，目前国内一家自主研发Micro-CT的公司已经将分辨率提高到0.5μm，具有良好的“显微”作用。

Micro-CT可用于医学、药学、生物、考古、材料、电子、地质学等领域的研究。

通过Micro-CT技术，可以动态分析活体动物内相关组织的形态特征，并在对样本扫描的基础上，进行组织三维重建、骨形态学分析等，同时可通过软件进行3D图像高级处理、力学分析等相关分析。

2、Micro-CT成像原理Micro-CT成像原理是采用微焦点X线球管对小动物各个部位的层面进行扫描投射，由探测器接受透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，再经模拟/数字转换器转为数字信号，输入计算机进行成像。

成像的整体思路如下：micro-CT 成像原理1. X 线球管2. 样品 5. 断层3. 投射4. 各个角度的透射6. 三维再现重建为容积图像重建算法当X-射线透过样本时，样本的各个部位对X-射线的吸收率不同。

X-射线源发射X-射线，穿透样本，最终在X-射线检测器上成像。

对样本进行180°以上的不同角度成像，由舜百生物所使用的Micro-CT 机器可以对样本进行360°以上的不同角度成像。

采用锥形束不仅能够获得真正各向同性的容积图像，提高空间分辨率，提高射线利用率，而且在采集相同3D 图像时速度远远快于扇形束。