光学稳像技术精选(九篇)

第1篇：光学稳像技术范文

1.小而精巧的外观

索尼X3000机身迷你精致，除了延续上一代酷拍产品具有的3倍变焦、一键编辑和分享等外，还为用户带来出色防抖性能和良好画质。结合“防水壳”、“可拆卸的监控腕表”和“指握柄”等多种配件，为运动爱好者在旅游、骑行、潜水等诸多户外领域带来了更广泛的创作空间。

机身上的五个按钮能够完成全部参数调整，操作便捷方面，此外还能通过手机以及其他智能设备来进行遥控。

2.平稳光学防抖技术

索尼X3000通过镜头与感光元件共同的浮动来校准光路，从而有效补偿各类抖动导致的画面不平稳。此技术来源于HANDYCAH系列，不同的是HANDYCAH系列的整个镜头组都是浮动设计，而酷拍X3000镜头前组并不参与防抖组件的工作。X3000采用1/2.5英寸索尼背照式Exmor R CMOS，总像素大约857万，具有拍摄4K超清画质能力，采用MPEG-4 AVC/H.264记录格式。为了感受这个光学防抖优势，我们用运动摄像机GoPro HERO 4Black（以下简称GoPro）和X3000拍了一段视频做对比。

从测试的画面来看，索尼酷拍X3000抖动补偿的性能非常突出，在骑行颠簸路面的时候感觉像是在传统运动摄像机下装了稳定器，画面中心十分平稳，虽然边缘还是会有些明显的抖动，但相对于GoPro的电子防抖的抑制效果，索尼酷拍X3000的平稳光学防抖更胜一筹。

3.画质

从画面可以看出，相比GoPro画面，索尼X3000色彩锐利，质感更好，对景物的色彩还原更鲜明，而GoPro画面的天空色彩给人阴天的感觉。

4.续航对比

索尼X3000的续航能力让人刮目相看。GoPr0在4k质拍摄下能够录制1小时左右，虽然索尼X3000官方未能给出具体数据，但从测试结果来看，续航时间至少是GoPro的3倍。当然，长时间的录制，两款机器都会发热，索尼X3000的散热远比GoPro的好很多。

第2篇：光学稳像技术范文

关键词：荧光素酶；绿色荧光蛋白；活体成像；乳腺癌

近年来新兴的活体成像技术为生物医学研究提供了新的平台。其可从细胞或亚细胞水平对体内的生物学过程进行直观观察和量化分析，具有操作简单，灵敏度高，无创性，观测结果的直观性和连续动态性等特点[1-2]ENREF1。 相对于荧光素酶生物发光成像较强的特异性和高信噪比，荧光成像应用于活体内时因其需要激发光源而造成较强的背景噪音，灵敏度较低，而用于体外细胞及组织标记具有一定优势。利用荧光蛋白和荧光素酶对细胞或动物进行双重标记，前者可用于体外检测和细胞生物学观察，后者用来进行活体动物体内追踪研究[3-4]ENREF1。本研究构建了稳定表达萤火虫荧光素酶-绿色荧光蛋白（Fluc-eGFP，DF）的人乳腺癌MDA-MB-231细胞系，并在NOD/SCID小鼠建立乳腺癌皮下移植瘤模型，并应用活体成像示踪监测标记的乳腺癌细胞在小鼠体内的分布、存活及增殖。

1资料与方法

1.1一般资料 细胞，质粒和实验动物：人乳腺癌MDA-MB-231细胞系购自ATCC，人胚肾细胞系293T， Flu-eGFP慢病毒表达质粒（图1）由南开大学医学院免疫学实验室惠赠。6～8周龄健康NOD/SCID雌性小鼠，购自北京大学医学部实验动物科学部，饲养于SPF级环境。

1.2试剂及仪器 DMEM 培养基，Fluc底物luciferin，活体成像设备（IVIS 200），流式细胞仪。

1.3方法

1.3.1慢病毒的包装 将生长旺盛的293T细胞以1*106的密度接种在6孔板内。细胞密度达到90%融合度进行转染。将转染试剂和三种慢病毒包装质粒混合，静置20 min后加入293T细胞培养孔内，4 h后添加2 ml全培养基，16 h后换液，换液24 h后收集病毒上清。

1.3.2慢病毒感染MDA-MB-231细胞及阳性细胞的筛选 将231细胞以10%的密度接种在六孔板内，加入1ml慢病毒上清，2 ml DMEM培养基，24 ug Polybrene。常温下1600 r/min离心1 h。换成全培养基培养扩增。用流式分选出GFP表达阳性的细胞群。荧光显微镜观察GFP的表达情况。

1.3.3 Fluc-eGFP标记的MDA-MB-231细胞GFP和Fluc表达分析 利用流式细胞术检测构建的231-DF细胞系中GFP表达率。231-DF细胞消化后分别以不同梯度的细胞密度接种入6孔板内。培养1 d后应用活体成像仪检测Fluc的表达。成像时向6孔板每个孔内加入500 ul底物溶液（1：100稀释），扫描时间1 s。用living imaging 软件分析处理数据。

1.3.4小鼠皮下移植瘤模型的建立 将培养的状态良好的231-DF细胞消化，制备单细胞悬液，调整细胞数为2×107/ml，用水合氯醛麻醉小鼠，100 ul上述细胞悬液注射至小鼠两侧肩部皮下。

1.3.5活体成像监测移植瘤的生长状况 自接种第2 d起，每7 d应用活体成像检测接种小鼠体内Fluc发光信号，研究移植瘤的生长情况。每只小鼠成像前腹腔注射200 ml的荧光素酶底物，气体麻醉后放入样本暗箱内成像，扫描时间30 s。

2结果

2.1慢病毒感染231细胞及阳性细胞的筛选 荧光显微镜下观察231细胞转染率在80%左右。流式分选出GFP阳性细胞群，GFP表达率在95%左右，经传代扩增5次后表达率无明显变化，见图2。

2.2 231-DF细胞Fluc表达分析 在6孔板连续的5个孔内，随着细胞密度依次递增，荧光信号的强度也依次增强（图3）。说明我们用DF标记的231细胞表达的Fluc蛋白在体外能够使用活体成像检测到。以荧光信号强度对细胞数做一线性回归分析（图3），R2=0.99，表示荧光强度与细胞数之间存在线性正相关。上述结果提示Fluc的信号强度可作为测定活细胞数的标准。

2.3小鼠皮下接种成瘤及活体成像 NOD/SCID小鼠皮下接种经231-DF细胞约2 w后接种部位出现肿瘤结节，所有实验小鼠均接种成功，随时间推移，移植瘤呈圆形或椭圆形生长。于接种第2 d起，成像1次/w，观察到Fluc信号强度随时间增强，提示小鼠体内移植瘤的生长（图4）。

3讨论

慢病毒介导的基因转染能够使外源性基因整合入宿主细胞基因组内，对转录沉默作用有较强的抵抗能力[5]，本实验中DF基因在MDA231细胞内能得到长期稳定的表达，可准确的反映肿瘤细胞在实验动物体内的生存状态。报告基因DF表达eGFP-Fluc融合蛋白，因此可在体外以GFP筛选表达阳性细胞群，建立稳定细胞系。用流式细胞仪进行GFP表达分析，发现连续传代5次后，GFP阳性细胞的比例维持在95%左右。融合基因的优势在于既可进行活体内成像研究、也可从体外验证所标记细胞的分布和功能，结果证明，对于稳定转染了DF基因的细胞系，活体成像的荧光强度与细胞数成正比。

本研究采用慢病毒转染技术，建立了稳定表达双融合eGFP-Fluc蛋白的人乳腺癌MDA-MB-231细胞系，在NOD/SCID小鼠建立乳腺癌皮下移植瘤模型，利用活体成像监测荷瘤小鼠体内肿瘤细胞的存活和增殖。结果提示双报告基因标记技术为进行体内移植瘤成像提供了较大便利。可用于活体成像的小鼠皮下移植瘤模型为乳腺癌相关机制及治疗研究提供了直观，准确的平台。

参考文献：

[1]王丽婷，孙玮，冉海莹，等.活体动物光学成像技术与应用研究[J].医学信息，2015（1）.

[2]刘静静，胡晓俊，李征然，等.Luciferase2/mKate2双报告基因对小鼠骨髓间充质干细胞的标记及活体光学成像研究[J].中山大学学报（医学科学版），2014，35（3）.

[3]程凯.荷瘤鼠活体成像研究进展[J].医学综述，2011，17（21）.

第3篇：光学稳像技术范文

暂且不论准分子激光手术可能会出现的角膜瓣制作失败、激光偏心切削等显而易见的问题，即便是一个看似成功的手术――患者的裸眼视力达到了1.0，甚至1.5，但也有它的缺陷存在――视觉质量下降。

视觉质量是比视力更高层次的概念，它不仅要求达到1.0以上的正常视力，还要求清晰、舒适、稳定，除了屈光度是正视状态外，还涉及像差、对比敏感度、夜间视力、泪膜稳定性等因素。目前的准分子激光技术只能提高裸眼视力，而不能提高视觉质量，相反，手术还会导致视觉质量下降。

一、像差增大

准分子激光手术是通过激光切除部分角膜组织，改变角膜的弯曲度来矫正屈光度的。然而，激光在改变角膜弯曲度的同时，也使整个眼球系统的像差发生了改变。像差越小，视力越清晰、越舒适。虽然从理论上讲，术后的像差可以变大也可能变小，但目前人类对像差的了解和应用远远达不到使它比天然状态更加完善的程度，也就是说，术后像差在绝大多数情况下是增大的，是影响视觉质量的。

二、对比敏感度下降

对比敏感度也是衡量视觉质量的一个指标，有的近视眼患者术后视力达到了1.0，但会觉得视力表上的视标颜色变淡了，不如原来那么鲜明锐利，这种情况就是视觉敏感度下降的表现。对比敏感度的下降与治疗前的近视度数和光学切削区有关，原来的度数越高，光学切削区越小，对比敏感度下降越明显。

三、夜间视力下降

300度以上的近视患者在准分子激光手术后早期通常都会抱怨晚上的视力没有白天好，或者碰到阴雨天有视力下降的现象。特别是在夜间开车时，当对面的车开远光灯时，驾驶员会觉得眼前一片白茫茫，什么也看不见。事实上，这就是准分子激光手术目前尚未克服的一个难题，主要原因就是前面所说的对比敏感度下降和像差增大。因此，奉劝需要夜间驾车的中、高度近视眼朋友在考虑做准分子激光手术时，一定要谨慎再谨慎。

四、泪膜稳定性下降

正常人的角膜表面有一层泪膜，它也是人眼屈光系统的一个重要部分。一旦泪膜被破坏，眼球前表面丧失了完整性，一方面会引起眼干涩、异物感、视疲劳等问题，另一方面也会使眼球的屈光系统受到影响，光线在通过泪膜时发生不规则散射，也会引起像差增大，视觉质量下降。

LASIK手术在制作角膜瓣时切断了角膜浅层的神经末梢，使角膜敏感度下降、营养不良，从而影响到泪膜的稳定性。虽然随着角膜神经末梢的修复，泪膜的稳定性也会逐渐恢复，但这往往需要半年甚至更长的时间。

第4篇：光学稳像技术范文

记者：卓立汉光专注于光电仪器，此次展会推出了哪些应用于食品安全检测方面的产品？主要针对食品安全哪个环节进行检测？有何特色？

张恒：卓立汉光以光谱技术为主导，擅长光谱检测与分析、应用端的解决方案。光谱成像是一项新兴技术，目前国内市场上还没有大规模应用，主要集中在研究层面。本次展会，卓立汉光推出的也是概念性产品。成像光谱能够解决在空间分布的成分的精准检测问题，例如本次展会上介绍的冬虫夏草粉末的分选，原草的识别技术，但随着市场需求的变化，市场上粉末状虫草药片的出现就对原来的识别技术提出了新要求。虫草不同部分药用价值不同，不同混合比例制成的药片功效、等级也有差别。而光谱成像技术能通过其空间光谱特性的扫描，实现对其混合成分均匀度的检测。同样，在食品检测领域，光谱成像技术主要是针对终端物料的分选，是生产链上的核心环节，对于合格产品进入仓库、流通市场起到监督、筛选与保险的作用。

光谱成像技术的一大优点在于对成品端产品的无损检测，无需提取、制样，在保证成品完好的前提下，可快速高效地完成检测。另外，光谱成像可以实现从实验室到生产线的无缝链接，再先进的技术无法转化为生产力也只是纸上谈兵，然而现实生产环境决不会像实验室那样恒定，因此很多在实验室正常运行的设备，一旦投入使用无法适应环境。而高光谱技术及设别对环境的要求很低，实验室研究的设备无需大改动，可以直接投入生产线。以矿山环境为例，其最大的问题在于粉尘和震动，卓立汉光的设备采用全封闭结构，保证精密仪器不受影响，而且稳定性很好，能抵御强烈震动。科学技术转化为生产力的速度与能力既是光谱成像技术的优势，也是未来检测技术发展的方向。当然，光谱成像技术也存在着成本较高的不足，其核心部件昂贵，这也是其无法大量投入市场的一个原因。

记者：光谱成像技术可应用于哪些食品及指标的检测，在我国的研发与应用情况如何？

张恒：相对于农兽药残留的微量检测，光谱成像是一种宏观的检测手段。光谱就像人的指纹一样，可以通过快速扫描得到检测产品的光谱特征，可以更加便捷地得到样本明确的信息，为批量检测的实现提供了技术保障。其应用范围包括大米、水果、鸡蛋等，可实现水分、糖酸度、机械损伤等多个指标的检测。目前对于鸡蛋的检测，日本较为领先，综合了包括光谱技术的所有手段。国内一些做鸡蛋包装的企业已经与科研机构立项，运用光检方式检测鸡蛋内部的血块。

目前我国光谱成像技术还处于建立模型阶段。主要工作是搜集大批实验室数据，支撑、检验、修正模型。这一阶段的持续时间会比较长，因为积累数据后还需要处理分析过程，而且针对不同类别、不同地区的产品，用到的模型又不尽相同，需要重新建立数据。这也是高光谱成像推广的障碍之一。现在还很难看出光谱成像的市场占有情况，但基于其无损检测与生产线投入高效性的优势，我们相信在未来五到十年，光谱成像将迎来一个广阔的市场。

记者：研发创新是卓立汉光的经营理念之一，贵公司从哪些方面着手，提升研发创新能力？

张恒：光谱技术是个古老的技术，成像技术与光谱的结合却只有二三十年，对于这样一个年轻的技术，创新与研发至关重要。卓立汉光的研发团队，包括高光谱技术、光学设计、机械设计、电学设计、软件控制方面的专业人员，形成了光机电控制一体化的核心力量。现阶段研发团队集中开发仪器化的产品，并逐步建立具有研发中心性质的部门。既自主创新、自食其力，同时又寻求更多与其他单位合作的机会。一是与研究单位的合作，充分发挥其完善的人员结构的优势，卓立汉光提地、生产、资金及配套设备。二是与现有的用户单位合作，通过他们提供试验样本、实验条件得到更加丰富的实验数据。“他山之石，可以攻玉”，特别是全球化的经济背景下，更需要在合作中求发展。高光谱技术已经发展到第二阶段，即由概念普及到应用深入，我们的研发团队也已经投入大量资金购买、加工设备，并招聘专业人员，致力于应用方面的深入。

记者：在客户服务方面，卓立汉光做了哪些努力与创新？近两年推出了哪些新措施？

张恒：除了北京，卓立汉光在上海、深圳、成都、西安都设有分公司。服务范围覆盖全国，每个地区都有相应的服务团队，进行当地快捷服务。而且北京的研发团队，也会根据客户反馈 的问题针对性地进行深入支援，参与问题解决，满足客户需求，使产品功能发挥到最大化。卓立汉光在客户服务上不断提高。起初，我们只能为客户提取数据，数据分析的过程与结果还是依靠用户自己解决，但随着研发技术与应用能力的深入，我们已经可以帮助客户分析数据。这是一种交互式的服务，不仅仅是维护产品性能本身，而是和用户一起把产品用好。当然，产品的更新换代也需要用户反馈的信息作为支持。“共同进步、共同成长”，正是我们的发展理念。

记者：卓立汉光将在2014年将迎来公司成立15周年，您如何看待这15年的发展历程？在未来几年，公司有何发展规划？

第5篇：光学稳像技术范文

关键词：快门眼镜式；双视角；双行扫描

中图分类号：TN141 文献标识码：B

引 言

双视角显示技术是当前显示领域一项全新的技术，该技术可实现多个观看者在显示屏幕前方不同位置看到完全不同的两幅画面。该技术应用在液晶电视显示系统上的意义在于，多人可以在观看电视节目时同时看到自己喜欢的节目而互不影响。双视角显示系统在眼镜式3D技术的基础上分为快门眼镜式和偏光眼镜式显示系统。本文提出一种双视角显示系统的实现方法，该方法采用液晶双行刷新技术，配合液晶电视背光和快门眼镜的两种控制方式，使双视角显示技术更加灵活多变，同时补偿了偏光眼镜式双视角显示方法的视角过小问题。

1 双视角系统实现原理

双视角显示系统的目的在于多个观看者同时看到两种不同的显示内容，本文介绍的双视角显示系统是多名观看者佩戴眼镜后看到两种不同的显示内容。这种系统的电路控制框图如图1所示，主板发送行交错图像数据到液晶驱动电路，液晶驱动电路模块将接收到的图像数据进行分离插帧倍频处理和清晰度补偿后输出，同时控制液晶屏列驱动电路进行双行扫描数据以显示处理后的数据，同步控制LED驱动电路实现背光扫描，并输出眼镜的驱动信号以达到镜片的分时开关，每个镜片看到不同的内容以实现双视角显示。

2 双视角系统实现方式

基于双视角系统的显示原理，分别从图像处理方式、背光控制方式、快门眼镜开关方式等方面介绍该系统的实现方法。

2.1 图像处理方式

液晶屏根据图像刷新频率主要有60Hz、120Hz和240Hz三种，其中240Hz液晶屏响应相对较快，液晶场刷新时间为4.16ms左右。而普通120Hz液晶面板的液晶响应速度受制于液晶本身的特性，以某厂商120Hz液晶屏为例，其液晶响应上升时间为5.1ms左右，下降时间为6.6ms左右，响应较慢。为实现双视角显示系统，液晶刷新频率至少为120Hz，同时考虑成本，本系统利用普通的120Hz液晶屏实现240Hz刷新频率，达到出色的双视角效果。

主板发送60Hz的行交错格式的图像信号，其中奇数行数据为A图像的内容，偶数行数据为B图像的内容，如图2所示。

以分辨率为1，920×1，080的液晶屏为例，液晶驱动电路主芯片在处理行交错格式图像时，将奇数行和偶数行的数据进行分离，于是A画面偶数行像素的数据和B画面奇数行像素的数据都处于缺失状态，主芯片通过读取A画面以及B画面相邻两行的图像数据内容进行算法补偿，将图像数据补偿到两画面的缺失行中，形成一帧完整的1，080行画面。图3所示为A画面经算法补偿C后分辨率为1，920×1，080的画面。

普通120Hz液晶屏1/120s内只能刷新一场图像，为提高刷新频率，对液晶屏驱动方式做一改变，实行液晶双行扫描，即液晶屏行驱动模块根据液晶驱动主芯片输出的扫描使能信号，同时打开两行GATE电路，将以Minilvds信号形式发送的一行数据通过数据驱动器发送到TFT-LCD驱动电路扫描线上，使得液晶屏在1/240s时间内完成对一场图像的显示。图4所示为A画面在一场图像中的显示机理，通过这种方式使得原本120Hz刷新频率的液晶屏改变为240Hz刷新频率。

2.2 背光控制方式

在实现240Hz刷新频率的基础上，对背光进行分段扫描或者闪烁控制方式，以减小双视角图像之间的串扰。由于液晶的扫描为双行进行，双行之间有时间间隔，第一行液晶开始翻转到最后一行液晶翻转的时间差为4ms左右，液晶稳态时间为3.8ms左右。以侧光6路LED背光驱动为例，将双行扫描的液晶屏分为7个测试点，用光电探头测量液晶响应曲线，由于扫描频率的提高，液晶面板的液晶响应曲线稳定区域重合时间较120Hz液晶屏会增加，相邻两个测试点液晶响应曲线的共同稳定区域时间即为该区域的背光打开时间。如图5和图6所示，分别为普通液晶屏液晶稳定区域与变频后图像稳定区域。

（1） 若测得7个测试点的液晶响应曲线之间稳定区域重合时间较大（如1.4ms），则可以实现6区背光在1/240s时间内同时打开（1.4ms），即闪烁式背光；

（2） 若测得N（N

2.3 快门眼镜控制方式

快门眼镜的工作原理是左右镜片分时的开关来分离左右眼看到的显示内容，在240Hz图像刷新及背光控制的基础上，通过眼镜的分时开关可实现出色的双视角显示技术。

（1） 双视角2D显示系统：以主板发送的一帧图像数据为单位，主板以60Hz频率发送行交错格式2D图像信号给液晶驱动电路，通过对图像的处理方式实现屏端交替地显示两帧图像A画面、两帧图像B画面，显示图像A的时间内打开观看者a的左右镜片，显示图像B的时间内打开观看者b的左右镜片，观看者a和b可分别看到A、B画面，实现了2D图像的双视角显示，其中眼镜的控制方式可分为如图7和图8所示的两种方式。

（2） 双视角3D显示系统：以主板发送的一帧图像数据为单位，主板以60Hz频率发送行交错格式发送包含A、B两种画面的3D图像信号给液晶驱动电路，液晶驱动主芯片仍以上述图像处理方式实现在屏端显示的四帧图像，分别为画面A左眼、画面B左眼、画面A右眼、画面B右眼，眼镜A和B的左右眼镜片分别在显示相应画面的时间内打开，观看者a佩戴眼镜A观看到A画面的立体效果，观看者b体验到B画面的立体效果，实现了3D效果的双视角显示。

目前，对于双视角显示系统的显示效果没有具体的量化指标，在3D显示系统评价方法的基础上，需要满足：

· 左右眼的图像完全分离，最大限度消除串扰带来的干扰；

· 快门眼镜式液晶屏的响应时间要足够快，以减轻运动图像的拖尾现象，并减小串扰，刷新频率不低于100Hz，以减少画面闪烁感；

· 亮度足够高，以弥补显示时的亮度降低；

· 快门式眼镜有严格的同步要求以及快速的响应速度，以减小左右眼的串扰，并在眼镜的同步信号丢失的情况下保持一段时间的控制功能。

根据目前快门眼镜式3D电视测量方法和测量指标标准，针对双视角2D显示系统测试的客观指标数据如表1所示，指标均满足3D指标要求。

3 结 论

本文研究了快门眼镜式双视角液晶的显示原理，提出了一种双视角显示方法。通过对液晶屏图像的处理，配合LED背光和快门眼镜的分时开关控制，实现了双视角2D和3D显示，效果良好。基于双视角显示系统独特的技术优势，该技术将会广泛应用在车载显示、家用显示等领域。

参考文献

[1] P. J. H. Seunti？ns， L. M. J. Meesters， W. A. I. Jsselsteijn. Perceptual attributes of crosstalk in 3D images[J]. DISPLAYS， 2005.

[2] 杨 杰 . 快门眼镜式3D液晶显示3D效果优化方法[J]. 现代显示，2011年第8期：16-19.

[3] Chieh-Yao Chiang， Kuo-Tsung Chen， Yu-Cheng Chang， Yi-Pai Huang. The Effect of Crosstalk for Stereoscopic 3D Dynamic Moving Images[J]. Scitation， 40（1）.

第6篇：光学稳像技术范文

关键词：CCD成像原理；四步曲；教学

中图分类号：TN941 ？摇文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）42-0128-02

CCD成像技术目前广泛应用在工业、科研和军事等各个领域，是一项具有广泛应用前景的新技术。在我们所开设的“电视跟踪系统”课程中，CCD成像原理是教学重点之一，目的是通过该内容的学习使学生掌握CCD成像的关键环节，为后续学习图像跟踪原理奠定基础。笔者已从事多年CCD成像原理教学，经过多年来的教学经验积累，围绕“讲得透、听得懂、学得快”这个教学目标开展一系列教学内容、方法和手段设计，在此将一些教学心得与各位同仁进行分享，旨在共同提高授课质量，提升人才培养质量。

CCD成像原理教学的核心内容就是向学生揭示“CCD是如何将光学图像转换成电子图像的”，围绕该内容可以分四步展开讲解。

一、一步曲：光电转换——“入乡随俗”

要想揭示光学图像到电子图像的转换原理，首先需要阐述清楚的就是光电转换过程。如果学生前期开设过“光电技术”课程，只需要在简单回顾半导体材料光电转换原理的基础上，引导学生思考CCD成像器件对于光电转换材料的特殊要求。教学思路与进程：我们将一幅景物图像投射在一整块半导体材料上，应该是可以将入射光的能量分布转换成对应光生载流子的浓度分布，但是经过实验证实是不行的，这是为什么呢？（给学生一定的思考时间）原来一整块半导体内部的载流子将会发生扩散，难以实现不同位置半导体光生载流子浓度代表对应景物单元亮暗的功能。怎么解决这个问题呢？既然一整块不行，我们考虑能不能将整块的半导体分割成（此处强调是物理分割）许多个小块，每块半导体的光生载流子浓度就代表了对应景物单元亮暗，实现了入射光的能量分布到对应光生载流子浓度分布的转换。因此，CCD成像器件完成光电转换的一个重要条件就是光敏面的离散化，这个离散化的光敏单元就是我们通常所说的“像素”。由于该过程是从“光”领域进入到“电”领域，因此形象称之为“入乡随俗”，借此活跃课堂气氛。

二、二步曲：电荷存储——“一尘不染”

通过前面的分析，我们知道热激发作用会产生电子空穴对。这些电子空穴对将会混入到光生载流子中形成噪声，降低图像的还原质量。那么怎样才能解决热激发作用对信号电荷存储产生干扰的问题呢？先从CCD的基本组成单元-MOS电容说起。我们发现MOS电容达到稳态的时候，热激发电子进入耗尽层，与光激发产生的电子（也就是我们所需要存储的信号电荷）混合在一起，这样MOS电容里存储的电荷就不能真实反映对应位置的图像亮暗特性。那么通过什么方法可以避免这种情况发生呢？也就是如何避免热激发电子对信号电荷的干扰呢？既然稳态不行，我们一起尝试一下不稳定的状态。MOS电容器上施加足够大的栅极电压，在电压加到栅极的瞬间，半导体中的空穴能跟上这种变化，由于热激发电子取决于产生——复合过程而跟不上这个变化，当前耗尽层那里只是空的电子势阱（为了便于理解此概念，可以将势阱类比成装载电子的杯子）。此时，光照产生大量的电子进入到势阱中，完成了信号电荷的存储，做到了“一尘不染”，这就是MOS电容的非稳态。随着时间的推移，热激发产生的电子终究会进入势阱中恢复稳态，无法保证“一尘不染”，因此信号电荷“此地不宜久留”。所以要实现信号电荷的存储，需要在热激发电子进入势阱之前完成电荷的存储并快速转移到相邻势阱当中。如何实现呢？

三、三步曲：电荷转移——“此地不宜久留”

两个相邻MOS电容距离较远时，显然不可能实现电荷的转移。（在教学现场，通过两个杯子间倒水来演示距离对于转移的重要性，清晰直观）一般来说，当相邻两个金属栅极彼此足够靠近，距离达到微米量级的时候，其间隙下面的表面势由两个金属栅极上的电位决定，从而实现两个相邻MOS电容器下面耗尽层的耦合，称之为电荷耦合过程。据此引出CCD的英文全称（Charge Coupled Device）的由来之处。从多个班次的教学效果来看，由于电荷转移过程微观抽象，难以通过语言描述清楚，在此结合多媒体动画来展现该过程，直观易懂。多媒体动画截图如图1所示。

在本环节中，需要结合动画分时序讲解电荷转移过程的细节，理清“位”与“相”的关系，全方位揭示电荷转移的技术内涵。

四、四步曲：信号读出——“破茧而出”

信号电荷在时钟脉冲驱动下，很快转移到输出端的最后一个时钟电极下面，如何将电荷信号变换为电流或电压信号是信号读出电路的主要任务。该环节主要分析几种信号读出电路，原理虽然简单，但是设计十分巧妙，因此需要引导学生去挖掘它们的设计理念，发散思维，增强创新意识。

五、结语

虽然CCD成像原理微观抽象，只要授课教师能做到“三多”，即多揣摩、多设计和多互动，此类问题就能迎刃而解。从教学反馈情况来看，“四步曲”教学方法有效提高了课堂效率，学生反映较好。以上是笔者的一点教学实践感想，望与从事该领域教学的老师们共勉。

参考文献：

[1]白廷柱，金伟其.光电成像原理与技术[M].北京理工大学出版社，2006：308-309.

[2]冯成国，周金和，娄小平，邓文怡.PVC型材嵌入式视觉测量系统的硬件设计[J].北京机械工业学院学报，2005，（04）.

[3]白宝兴，马宏.火炮身管内膛直线度无损检测系统[J].长春理工大学学报，2002，（02）.

[4]王晓丽，张重.基于外光电效应的智能型SF_6检漏仪的研究[J].长春理工大学学报，2005，（02）.

[5]罗韬，王庆有，周坤.线阵CCD非接触测量轨道振动[J].传感技术学报，2006，（04）.

第7篇：光学稳像技术范文

『镜头技术不断提升

在镜头的光学技术中，佳能有许多创新，并始终保持领先的优势。在单反相机的自动调焦镜头上，佳能是最先应用超声波环形马达的。在镜头上装备图像稳定器，这也是佳能的最先实际应用在单反相机配套的EF镜头上。在1995年佳能就推出EF75-300毫米f/4-5.6 IS USM变焦镜头，这是世界上第一款装备了图像稳定器的单反相机变焦镜头。毫无疑问非球面镜片、超低色散镜片、萤石镜片这些特种光学镜片的实际应用，对于校正各种像差，提高镜头的成像质量都是大有好处的。佳能在2001年，推出世界上第一款EF400毫米f/4 DO IS USM镜头，在这只镜头中，采用了佳能独创的复合衍射光学透镜组。这种新型DO透镜组，兼有萤石镜片和非球面镜片的特点，可以把色差、球差等像差校正到最小的限度。在近年来推出的EF镜头中，佳能更是不断针对数码影像的成像特质对镜头进行优化，不断将光学技术与电子技术进行整合，以实现最优的影像表现能力。

『全线自主研发CMOS

图像传感器和图像处理器是数字相机的核心部件，直接关系到相机的图像质量和性能。佳能自主研发了三种不同规格CMOS图像传感器：全画幅CMOS图像传感器，由1110万像素发展到2110万像素；佳能独有的APS-H的CMOS图像传感器，由最初的415万像素发展到1610万像素；APS-C规格的CMOS图像传感器，也由311万像素发展到1800万像素，并居于同规格的领先地位。目前佳能的CMOS影像传感器，从EOS 5D Mark II、EOS 7D到EOS 60D，对光线的捕捉能力都处在历史上最好的水平，而且在可见的将来，这种优势也会一直保持。

『影像处理器进步

如果说光学镜头是眼睛的晶状体，影像传感器是视网膜，那么影像处理器就相当于人的大脑，在完美的光线收纳、记录之后，是如何处理获得到的这些光线，形成最终的影像。影像处理器对照片画质的色彩准确、高感表现和拍摄反应速度等多方面起这决定性作用。多年来，佳能的DIGIC 影像处理器一直在不断进步，第四代DiGiC4图像处理器增加许多新功能，其中一个很重要的功能是实现了14位的模拟/数字量转换。所以，装备DiGiC4图像处理器的相机，拍摄的图像更细腻，色彩更丰富。目前，DiGiC4图像处理器已经广泛应用在佳能的数字单反相机和轻便数字相机上了。如今已经发展到了DIGIC 5，除了保证高画质这个最关键的任务之外，更不断增加对相机智能技术的支持，这决定了数码相机今后的一个发展方向。在不同定位的机身上，凭借超强的运算处理能力，DIGIC处理器给EOS数码单反和其他系列产品提供了高画质、高速度和智能化的功能，EOS 5D Mark II 上的EOS MOVIE功能就是技术进步下的产物，今后的EOS系统还将有无限的发展可能。

『我的镜头“至爱”：EF 70-200mm F4L USM

第8篇：光学稳像技术范文

日立投影机在中国市场商教领域占据了很大的市场份额，日立数字映像根据用户的不同需求研发和制造投影机产品。据资料显示，在整个投影机市场，每销售7台投影机，就有1台是日立投影机，而在用于教育领域的投影机市场，甚至达到每销售4台投影机就有1台为日立投影机。在市场竞争激烈情况下，日立数字映像总经理出口雅晴表示，日立从技术创新、产品质量、销售渠道及售后服务等方面进行了深入研究，制订了相应规划并严格执行。

重视市场调研 日立数字映像在中国市场做了深入调研，按照中国市场的需求，根据不同特点进行分析，研发和制造投影机产品。例如，在开发前期，对灰尘样本等进行采集分析，并在不同测试点进行测试，以便研发出符合中国市场特色的防尘、短焦等投影机产品。如根据中国教室环境而研发的强化型防尘功能与耐久的教育机型，外观小巧但能实现高亮度高画质的超便携商务机型，以及提高了可维护性和可靠性的工程投影机型等。

发挥技术优势 2007年，日立通过自主研发的“自由曲面光学系统”技术制造的能够实现近距离投射大画面的超短焦投影机，也就是现在市场上所说的反射式超短焦投影机产品，是由日立公司率先研发并推出的。今年7月1日，日立民用电子株式会社的投影机事业部正式移管至日立麦克赛尔株式会社（以下简称日立麦克赛尔）。而日立麦克赛尔也具有独特的技术优势，尤其是在光学方面。移管之后，将使日立投影机业务和收益得到进一步强化。

品质是关键 日立数字映像公司作为日立麦克赛尔在中国的生产基地，从事投影机的开发、制造，其产品以高品质的映像技术和自有光学技术，获得了市场的高度评价。此外，出口雅晴表示，日立数字映像严格执行区域限制采购等政策，抑制恶性价格竞争，保证产品的品质稳定并不断提升。

第9篇：光学稳像技术范文

关键词： 空空导弹； 红外成像； 偏振探测

中图分类号： TN219文献标识码： A文章编号： 1673-5048（2016）04-0047-05

Abstract： As a new imaging technology， infrared polarization imaging detection technology develops rapidly on abroad. The development and research situation of polarization detection technology are introduced， and the application prospect of infrared polarization imaging technology in airtoair missile is analyzed. A project of airtoair missile seeker based on infrared polarization imaging technology is proposed， which indicates that the technology has great significance in improving the detection and antijamming performance of domestic airtoair missile.

Key words： airtoair missile； infrared imaging； polarization detection

0引言

现代战争要求空空导弹能够在复杂战场环境下有效打击具有干扰能力的敌机。 红外型空空导弹面临的复杂战场环境和干扰主要是天空云团和地/水面背景反射的阳光， 以及燃烧的红外诱饵弹。 由于其红外辐射强度与飞机非常接近[1]， 因此严重影响敏感红外辐射强度的空空导弹红外导引头的目标识别、 抗干扰能力。

自然界的电磁波由许多偏振度不同的电磁波组成。 研究表明， 通常人造目标比自然背景表现出更高的偏振度 [2-3]。 因此如果将红外偏振成像技术应用到空空导弹上， 就可以利用这一偏振特性来提高其探测和抗干扰能力。

1红外偏振成像机理分析

光是一种横电磁波[2]。 光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象称作光的偏振。 偏振度是用于度量电磁波中偏振程度的参数， 是偏振光在总光强中所占的比例。

对于偏振现象的机理研究， 已经做了大量的理论工作。 通常采用菲涅尔公式可以较好地解释自然光的偏振特性。 以太阳为光源的自然光可视作由无数杂乱的线偏振点光源构成， 随机分布的特点使其在垂直于传播方向的平面内任一方向上都具有相同的振幅， 因此偏振度为0。 自然光在电介质界面上反射和折射后形成部分偏振光。 由于表面粗糙的物体可视作由大量倾角和尺寸是无序和无规则的微面元组成， 其反射/辐射的偏振方向比较杂乱， 因此会表现出较小的线偏振度[4]。 散射现象的机理也与之类似。

从这些研究成果来看， 物体的偏振特性与物体介质的折射率、 表面反射和自身辐射的空间分布、 观察方位密切相关[2-5]。 在偏振探测技术的实际应用中， 必须加以考虑[6]。

2偏振成像技术研究现状

2.1国外研究进展

从20世纪80年代起， 偏振成像探测开始受到西方发达国家的重视。

1999年， 美国犹他州立大学空间动力学实验室研制了一种基于铁电液晶元件的红外超光谱成像偏振计 [7]。 通过将液晶材料两端的电压反向， 可以在不到3 ms的时间内使光轴旋转45°。 采用0°， 45°， 90°和135°这4个旋转角进行测量， 其结构示意图如图1所示。 该红外超光谱成像偏振计波段为2.5～3.5 μm， 帧频为20 Hz。

此外， 法国、 以色列的研究人员也分别测试了液晶偏振片， 取得了较好的效果[8]。

2006年， 美国空军实验室等机构所研制的长波红外偏振成像仪器采用了在探测器的每个小单元前面放置偏振滤光器的结构， 可以同时获得4个偏振态下的图像， 如图2所示， 具有即时且关联的获得热信息和偏振信息的优点[9]。

以色列的B.Ben-Dor在探测器观测角为70°的条件下对地物背景在8～12 μm的偏振度进行研究， 得出结论[10]： 除水面外的自然背景的偏振度普遍低于金属材料的偏振度。

英国国防实验室将红外偏振成像技术应用到扫雷项目上， 使用3～5 μm的致冷焦平面探测器， 通过将红外热图像与偏振度图像的融合处理， 显著提高了热像系统的探测和识别能力[10]， 如图3所示。

2.2国内研究现状

中科院安徽光机所研制的多波段偏振CCD相机试验系统， 采用三平行光路同时采集3个不同偏振方向的偏振辐射图（0°， 60°， 120°）。 通过步进电机带动滤光片旋转来实现波段切换[11]。

昆明物理研究所提出了几种红外偏振成像的技术方案， 并对红外偏振成像机理进行了研究[5]。

北京理工大学提出了基于微面元散射理论的红外偏振辐射传输方程[12]， 研究建立包含反射和辐射信息的红外偏振辐射传输方程的Stokes表达式， 推导出偏振度、 偏振角的多种因素数学模型。 此外， 还在红外偏振图像融合及色彩重构方法上取得了较好的研究成果[13]。

3红外偏振成像技术在空空导弹上的应用

根据上述国内外研究状况， 可知国外对红外偏振成像探测技术已进行了大量的深入研究， 研究领域主要集中在典型目标与背景的红外偏振特性测量和分析， 成果应用主要集中在对地面目标探测、 识别的卫星遥感、 成像侦察设备、 扫雷设备等， 相关设备已进行到工程化样机阶段。 但目前尚未见到红外偏振成像应用到制导技术领域的报道。

空空导弹采用以自动目标识别为主的制导技术。 受其作战任务的影响， 其作战对象和作战环境都难以在任务规划中加以明确， 因此不适用于传统的基于模板匹配识别的自动目标识别方式， 而更多地采用基于特征的自动目标识别方式。 该方式要求能够从背景中准确地提取稳定且独特的目标特征信息， 利用该特征来区分目标与周围背景。 由前文可知， 人工物体的偏振特性与背景存在一定的差异， 可以利用这一点来实现自动目标识别。 但影响偏振特性的因素较多， 因此需要根据空空导弹制导的要求来选取合适的偏振成像方式。

3.1偏振成像技术对空空导弹制导适用性分析

对于空空导弹制导系统而言， 探测距离越远越好， 识别/抗干扰概率越高越好， 跟踪性能越稳越好。

红外偏振成像系统与常规红外成像系统的差别是增加了偏振器。 理想偏振器的透过率是0.5， 实际水平在0.25～0.42之间。 因此该系统会有不小的能量损失， 在晴空背景下的探测距离也会有相应的缩减。

但是， 在复杂背景下， 由于存在大量与目标辐射强度类似的物体（如反射阳光的亮云）， 因此红外强度对比度会比较低。 而对于红外偏振成像系统， 由于偏振度与物体的材质、 粗糙度等因素密切相关[15]， 使得人造目标与自然背景的偏振度存在较大差异， 因此偏振成像能明显提高图像的对比度， 降低对截获信噪比的要求， 提高作用距离[16]。

同理， 红外诱饵燃烧后的产物是气体、 烟尘等分子物质， 而飞机蒙皮是光滑的金属物体， 两者在偏振度上会有较大差异。 可以利用该偏振特点来实现抗干扰。

对于空空导弹制导系统的跟踪功能而言， 需要所跟踪的物体具有稳定的特征。 由于弹目接近过程中的导弹视线角（入射角）总是连续变化的， 因此测得的偏振特性也在不断变化， 难以作为跟踪用的特征。

3.2红外偏振成像技术在空空导弹上的应用方案

该方案的空空导弹红外导引头应具有同时获取红外强度图像和红外偏振图像的能力。 其信息处理系统采用并行处理的方式， 以红外强度图像数据作为主信息处理流程， 完成目标探测、 识别、 跟踪及抗干扰功能； 以红外偏振图像数据作为副信息处理流程， 在主信息处理流程的识别和抗干扰阶段， 将红外偏振图像数据的处理结果与红外强度图像数据的处理结果作特征/决策层融合， 辅助其完成识别与抗干扰功能。

3.2.1探测系统设计方案

双探测器+偏振棱镜方案如图4所示， 主要缺点是两套探测系统体积较大， 机械结构和电气结构较复杂且昂贵， 数据校正麻烦， 因此不适合体积紧凑的空空导弹导引头使用。

图1单探测器+机械/电控偏振片方案的原理是通过一个凝视焦平面探测器前的光路中循环分时插入不同起偏角度的偏振片， 顺序获取一组不同起偏角度的偏振强度图像， 根据这些偏振强度图像来计算斯托克斯分量图像和偏振度、 偏振角图像。 该方案的缺点是当目标在背景上快速运动时， 分时采集获取的序列图像难以配准， 使得计算得到的目标与背景的偏振特征值存在较为明显的误差。

本文采用偏振片+焦平面探测器集成方案如图5所示。 将偏振片列阵直接安放在256×256元焦平面阵列前， 3个起偏方向不同的微偏振片和1个无偏滤光片共同组成1个偏振片单元， 该偏振片单元对应4个探测器像元。 该方案光路中没有运动光学元件， 探测器可同时得到128×128元大小的3个起偏方向的线偏振分量图像和1个红外强度图像。 为了实现空间对准， 可认定相邻同起偏方向的偏振片组所对应的景物具有一定的相关性， 通过“插值”的方法获得每个无偏振像元所对应空间的3个线偏振分量值， 最后重构出254×254元的斯托克斯分量图像和偏振度、 偏振角图像。

该方案的最大优点是系统能以“凝视”方式工作， 在满足高帧频的前提下获得更长的积分时间， 有助于提高探测距离。 而且同时获取3个起偏方向图像的方式非常适合于目标、 背景与弹体处于相对运动的空空导弹平台。 其缺点是“插值”的做法使其只能用于对扩展源目标的偏振探测。 不过对于空空导弹导引头而言， 云团、 地物等需要用偏振探测方式识别的复杂自然背景都属于扩展源目标， 红外诱饵弹通常也属于这一类型目标， 适用于本文所提的偏振探测系统方案。

3.2.2信息处理系统设计方案

根据探测系统同时获取的3个不同方向的线偏振分量光强I（0°）， I（60°）， I（120°）， 可得斯托克斯分量图像和偏振度、 偏振角图像。 红外偏振成像流程示意图如图6所示。

信息处理算法设想如下：

（1） 检测阶段

如果红外强度图像中的背景较为均匀简单而目标较为突出明显（目标信噪比较高）， 利用传统的强度特征信息已能够准确识别出目标， 则可直接利用强度图像信息来完成目标检测。

如果在强度图像信息检测中出现多个难以识别的相似物体时， 可先将其列为候选强度目标； 再分别统计对应候选强度目标区域的偏振度图像和偏振角图像的特征， 将这些偏振度特征和偏振角特征记入对应的候选强度目标特征链中。 最后遍历候选目标特征链， 滤除掉偏振度和偏振角较小的候选目标， 剩下的候选目标经过强度特征的多帧关联处理， 实现目标检测， 从而提高目标识别的可靠性。