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光學工程研究方向范文1
一.基本條件(考生必須同時滿足下列各項條件)
1.普通招考的考生(直接攻博、碩博連讀按原辦法執行)且符合《南開大學2016年博士生招生說明》中的博士報考條件;
2.入學時年齡不超過45周歲;
3.培養類別:電子信息與光學工程學院只招收全日制攻讀博士生，考生被錄取后必須全脫產學習，學生檔案和工資關系必須全部轉入我校;
4.外語水平要求：符合以下任一項：
(1)通過國家六級(六級成績達到425分)或國家四級成績達到550分;
(2)托福(TOEFL)成績達到90分以上(老TOEFL達到600分);
(3)雅思(IELTS)成績達到6分以上;
(4)GRE成績1300分以上(新標準260分以上);
(5)在英語國家或地區獲得過碩士學位;
5.健康狀況符合南開大學研究生入學體檢標準。
二.可接收“申請考核制”博士的導師及招生名額
2016年南開大學博士招生專業目錄中電子信息與光學工程學院全部導師;
電子信息與光學工程學院博士生招生計劃名額含直接攻博、碩博連讀生、“申請考核制”博士生、普通招考考生。
三.選拔程序
1.網上報名
以“申請考核制”報考我院的考生需在“全國研究生招生信息網”報名，報名時考試方式必須選擇“申請考核制”。
網上報名時間：2015年10月25日至11月5日
網上報名網址：yz.chsi.com.cn/bsbm
2.提交申請材料
考生須于2015年11月5日前(以郵戳為準)郵寄申請材料，申請材料建議以快遞方式郵寄。
郵寄地址：天津市南開區衛津路94號南開大學電子信息與光學工程學院研究生辦公室(主樓206)
郵政編碼：300071
聯系電話：022-23507740
提交材料清單(材料要求A4紙規格按順序排列)：
(1)《南開大學2016年“申請考核制”博士研究生考核申請表》;
(2)《報考南開大學2016年攻讀博士學位研究生登記表》;
(3)提交兩份攻讀博士學位《專家推薦信》;其中一份由考生碩士階段的指導導師填寫。(推薦信是學院確定博士生資格的重要依據，推薦人須給予足夠的重視。推薦書應由推薦人根據自己對考生的了解，實事求是、客觀的親自填寫，并簽字密封)。
(4)申請人二代身份證復印件;
(5)學位、學歷證書復印件(應屆碩士生提交學生證復印件)，境外獲得學位考生需提供教育部留學服務中心學歷認證證書復印件;
(6)本科和碩士階段的學習成績單(須加蓋研究生院或人事部門公章);
(7)碩士學位論文(應屆碩士生提交碩士學位論文開題報告);
(8)獲獎證書、、獲得專利及其它原創性研究成果的證明材料;
(9)外語水平能力證書復印件(CET6、TOEFL、IELTS等);
(10)《research proposal》，要求3000字左右;
以上提供材料均認為是真實可靠的，如有偽造，一經招生單位發現，立即取消其錄取資格。
3.學院審核
(1)學院研究生辦公室負責材料形式審查，審查材料是否齊全、填寫是否規范、審核基本條件是否符合報考條件。特別對應屆生的學生證、已獲碩士學位人員的碩士學位證書，境外獲得學歷者提供的教育部留學服務中心的學位認證進行查驗。檢查合格者按報考導師進行分類整理，轉報考導師。由報考導師提出意見后一并提交到“資格審核組”評估。
(2)學院以光學工程和電子科學與技術、信息與通信工程兩個學位評定分委員會作為光學工程和電子科學與技術兩個學科“資格審核組”，負責評估考生提交的申請材料，評估內容包括：考生的學習成績、參與各類課題研究實踐情況、碩士論文、發表文章以及獲獎、擬攻讀博士學位期間的研究計劃等。
“專業審核組”填寫《南開大學電子信息與光學工程學院2016博士研究生“申請考核制”資格評估考核表》，并給出百分制成績(60分以下為不合格)，擇優確定入圍考生名單。并報研究生招生辦公室審批。審批通過后，于2015年11月18日前學院對外公示入圍考核人員名單(公示期為十個工作日)。
4.綜合考核
各學科組成由申請導師參加的5名及以上相關研究方向教授組成“綜合考核專家組”，對通過審核并在網上報名的考生進行接收綜合考核，考核內容包括：
(1) 筆試：內容含心理健康、專業英語翻譯(100分鐘)
(2) 面試：考核考生本科和碩士期間課程學習成績、科研成果水平、英語水平(含口語、聽力、寫作能力)、綜合素質(含身體素質、心理健康、語言表達能力、邏輯思維能力等)等方面。重點考察考生科研創新能力和專業學術潛質等綜合素質。
每個申請人需準備10分鐘PPT展示，PPT內容需含個人簡介、學習成績、課題研究、發表成果、擬攻讀博士學位期間的研究計劃等內容。
面試結束后，“綜合考核專家組”成員需填寫《南開大學博士研究生“申請考核制”綜合考核記錄表》，并給出評語和百分制成績。
考核成績低于60分的不予錄取，根據成績確定擬錄取名單，考核成績將在學院網站進行公示，公示期為十個公示日。
5.擬錄取名單審核
根據各“綜合考核專家組”上報的擬錄取名單，學院“招生工作領導小組”進行綜合匯總、復核。提出電子信息與光學工程學院 “申請考核制”博士最終擬錄取名單，11月26日前上報學校。由學校研究生錄取工作領導小組進行審核，審核通過后由電光學院公示“申請考核制”博士擬錄取名單，公示期為十個工作日。
6.錄取
凡被以“申請考核制”方式錄取為我校博士研究生的考生被錄取后須全脫產學習，需將檔案和工資關系全部轉入我校，方可發放錄取通知書。
四.監督機制
學院將建立以主管院長和各學科負責人為主要成員的學院“招生工作領導小組”;學位評定分委員會組成的“資格審核組”;各專業老師組成的“綜合考核專家組”三級審核制度，確保選拔的公平、公正、公開。
考生在通過“申請考核制”申請攻讀博士學位過程中，如果對綜合考核等方面有疑問，可首先向學院提出申訴，由學院研究生“招生工作領導小組”對考生提出的申訴進行調查及處理。如果考生對學院研究生“招生工作領導小組”做出的申訴處理仍有異議，可進一步向學校爭議委員會提出申訴，并由學校爭議委員會按照教育部及學校相關文件要求做出裁決。
五.招生咨詢
電子信息與光學工程學院招生信息請查詢以下網頁：it.nankai.edu.cn;
咨詢電話：022-23507740。
辦公地點：南開大學主樓206室。
六.其他事項
1.“申請考核制”選拔方式只招收非定向普通考生，各類專項計劃不得以該方式進行招考。
2.學習年限、畢業就業、學費、獎助學金、學生住宿按南開大學招生簡章的規定執行;
3.有關指導教師的情況可參閱電子信息與光學工程學院網站信息;
光學工程研究方向范文2
（蘭州城市學院培黎工程技術學院，甘肅蘭州730070）
摘要：構建光學課程的教學新模式，培養大學生的科研創新能力，以適應新升本院校建設教學應用型本科大學、實施高教強省戰略的需要，我們從創新教育理念出發，在教學實踐中進行了一些嘗試并取得了良好的效果。
關鍵詞 ：新升本院校；光學；教學新模式；科研訓練
DOI：10.16083/j.cnki.22-1296/g4.2015.06.019
中圖分類號：G642.0文獻標識碼： A 文章編號：1671—1580（2015）06—0044—02
基金或課題：甘肅省教育科學“十二五”規劃課題（［2012］GSGXG045）；蘭州城市學院教育教學研究項目（2012-JY-38，2013-JY-16）。
收稿日期：2014—12—22
作者簡介：郭中華（1979— ），女，甘肅金昌人。蘭州城市學院培黎工程技術學院，副教授，研究方向：光學及光學實驗教學。
鄭庭海（1971— ），男，陜西延安人。蘭州城市學院培黎工程技術學院，副教授，研究方向：教育管理。
經典的光學理論和實驗方法在促進科學技術進步方面一直發揮著重要的作用，而光學課程是物理學專業的重要基礎課。面向地方經濟建設，以應用型本科教育為發展目標，光學課程的教學體系也應轉變為以科學素質的教育為主， 注重教育的社會功用，培養知識與技能兼備的高層次應用型人才，形成教學與科研的良好互動。面對現代光學技術的飛速發展、知識體系的不斷更新及教學手段的現代化等因素，如何優化課程結構，重新構造課程體系，選取適合于應用型本科教學目標的光學教學內容，改變傳統的教學培養模式，煥發傳統學科的生命力，培養研究型和創新型人才顯得尤為迫切。
結合多年的課堂教學經驗以及大量的調研工作，我們以課程體系的改革與創新為契機，構建體現應用型本科院校特點的光學課程教學模式，突出學生創新能力的培養。從教學內容的選取、開放實驗平臺的建設、加強與周邊學科的關聯幾個方面入手，形成了自己的一些特色，并取得了良好的教學效果。
一、簡化經典教學內容，引入學科發展新技術，實現教學內容的現代化
適當引入現代光學知識內容，介紹學科發展的新技術，開闊學生的視野，實現教學內容的現代化，這是光學課程教學內容改革的趨勢，［1］ ［2］對于學生探求基礎知識的價值、潛移默化地培養學生的科學素養和思維能力是十分必要的。
對于經典光學的教學內容改革，［3］ ［4］不應該只是內容的簡單擴充，而要把教學內容中最基本的原理和現代光學技術理論中能夠相對應的基礎知識作為重點，對教學內容進行更新和整合。比如：對光的干涉和衍射現象的原理分析，需要涉及非常復雜的數學過程，這些過程現在完全可以簡化，因為利用科學計算程序的數值方法不僅可以進行精確計算，［5］還可以進行數值仿真和模擬，所以只需要講清圖樣的分布特點即可；在幾何光學部分，簡化一些基本原理，諸如費馬原理在反射、折射原理中的推導、理想光具組作圖法求像和像差原理介紹等，加入以基本光學原理為基礎的現代光學技術介紹，如光導纖維及其應用、光電開關、指紋鎖、集成光學簡介等；對于光的量子理論不宜過多講解光電效應等學生熟知的現象，而應該從光的本性角度來分析光與物質相互作用的量子光學規律；在現代光學基礎部分加入激光技術的發展和應用研究等內容，開拓學生的知識視野。
在教學中滲透前沿科技基礎知識，拉近學生和前沿知識的距離。比如：在光纖傳光原理中可引入梯度折射率材料的基本理論、自聚焦透鏡的成像特征以及光柵光纖傳感技術的介紹，［6］指點學生聯系光柵、光纖、折射率這幾個知識點進行思考，使學生認識到基礎知識具有的生命力和反映的時代性，激發學生獲取新知識的求知欲，借此機會可讓學生查閱資料，了解其相關發展和應用，還可以設計相關的實驗項目或創新課題，進行分析或演示等。
二、借助現代教育技術構建開放實驗平臺，在強調物理概念的同時，構建物理圖像，進行素質教育和創新教育
在光學課程的教學中，常存在著理論內容和實驗教學的脫節，因此，在課堂教學中應注重相應實驗現象的講解，讓學生了解實驗裝置結構，建立數量級的概念，強調物理概念的同時構建物理圖像，可以借助現代教育技術來實現學習資源的優化。依托校園網、高等學校教學資源網和數字圖書館，提供豐富的教學課件、講義及多媒體素材等，擴大學生知識的信息量，將基礎理論、科研進展及光學技術的應用結合起來。
此外，依托豐富的教學資源和當前的硬件設備構建開放實驗平臺。首先，開放課程實驗教學內容，學生可結合自己的學習計劃和時間安排選取實驗內容、設計實驗方案、選擇所需的實驗儀器，在教師的指導下進行測試和結果分析，充分發揮學習的主觀能動性；其次，響應學院實驗室開放的政策，開設開放性實驗項目，拓展光學、光學實驗的廣度和深度，啟發學生去建立物理圖像，由此增加近代光學新知識的引入，增加物理學知識在工業、科技等領域中的應用范例；最后，結合課程實驗，啟發學生進行課程設計和教學研究，同時，鼓勵和引導學生積極參與大學生物理科技作品競賽、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽項目、大學生科技創新項目等科技活動，發揮學生的創造性，這不僅可以使學生了解本專業領域的工程實際問題或學科前沿動態，還有利于學生科學素質的培養。
目前，實驗中心已開放多項開放性實驗項目，并指導學生撰寫和發表相關研究論文多篇，同時，指導學生參與科技創新項目、課外學術科技作品項目，多次獲得省級和國家級獎勵。這種以團隊合作形式進行的實踐活動使得學生綜合應用所學知識分析和解決實際問題，不僅擴大了學生的知識視野，啟發他們的思維，而且通過這些活動培養了學生的設計思想和敢于創新的精神，更重要的是，他們的團隊協作能力、交流表達能力等科研素養也得到了有效的提高。
三、深入研究課程內容與周邊學科的聯系，打開學生的創新思路
能源問題是當今人類致力于開發利用的重點領域，而目前我國可再生能源專業人才自主研發能力薄弱。2006年，我國開始實施的《可再生能源法》明確規定，教育行政部門應當將可再生能源知識和技術納入普通教育、職業教育課程。
我院為了培養能源利用的應用型人才，迎接新能源時代的到來，開設了新能源科學與工程專業。依托其實驗平臺，我們在光電檢測、光電性質研究和光伏技術應用等方面開設了研究性實驗項目，從相關科研項目或生活實際需求中提取原料和課題供給學生從事研究，并積極組織學生參加各種交流活動，進行研究性實驗。
四、結束語
我們在光學課程方面進行了上述積極有益的探索和改革，提升了課程教學的整體水平，獲得了良好的教學效果，學生的動手能力、團隊合作能力、綜合素質有了明顯的提高，很多學生愿意繼續深造，報考光學、光學工程方向的研究生。但是課程改革是一項長期的工作，需要從多方面、多層次開展，需要不斷地與時俱進，以創新教育理念為出發點，以后可以研究將現代化教學手段的應用與開放式教學相結合；探討雙語教學、討論指導課等新的教學方式、教學方法的改革；探討課程群的建設，包括精品課建設、教輔資料建設、加強信息物理基礎教育等；引入更加人性化、立體化的考核方式，公平體現學生的學習能力，并對教學效果進行評價，以提高學校人才培養質量和社會服務能力，促進新升本院校整體教育教學質量的提高。
［
參考文獻］
［1］陳萬金等.關于高師光學課程體系和教學內容改革的思考與實踐［J］.吉林師范大學學報（自然科學版），2006（2）.
［2］于國萍，游璞.改革光學教材，適應社會需要［J］.光電子技術與信息，2005（2）.
［3］趙凱華，鐘錫華.光學［M］.北京：北京大學出版社，2008.
［4］姚啟鈞.光學教程［M］.北京：高等教育出版社，2008.
光學工程研究方向范文3
實驗室的科學研究總體上以適應世界科學技術發展和國國民經濟中長期發展戰略的需求為出發點，以探索精密測試技術及儀器學科領域的前沿科學技術問題為主，注重新興交叉學科和綜合技術的研究。主要研究方向包括：(1)激光及光電測試技術，(2)新型傳感器及儀器自動化，(3)納米測試及微型光機電集成技術及系統，(4)信息光學及光存儲。
實驗室清華大學實驗區為了使學科發展均衡，特別是把深圳研究院的“光機電研究室”擴建為一個分室。調整后，清華大學精密測試技術與儀器國家重點實驗室研究人員的年齡結構更加合理。目前實驗區內共有研究人員96名。其中，有工程院院士1名、教授（研究員）31名、 副教授（高級工程師）35名，實驗室專職技術管理人員5人（高級實驗師3人）。
在2004年的科研項目中，清華實驗區承擔了國家“973”兩個專題項目中的6個子課題；國家“863”課題9項；國家自然基金重點項目1項，面上項目19項：其中1項為國家杰出青年基金；省部重點科研項目6項；國際合作研究項目4個；重大國際合作研究1項。其科研成果年均獲國家科技獎1～2項、省部級5～6項；2002到2004三年共獲專利權129項。年均200多篇，2004年SCI收錄54篇；2004年科研經費達到了3844余萬。
原始創新 成績斐然
清華大學精密測試技術及儀器國家重點實驗室的科學研究注重應用基礎研究，并以國家的實際需求為最終目標，實驗室的許多研究是原創性的，并在實際應用中取得了一系列成果。
超高密度超快速光學體全息存儲及相關識別技術研究取得進展
光學體全息存儲具有存儲密度高、并行傳輸、冗余度高、尋址速度快和具有關聯尋址功能等諸多優點，是光存儲研究中最重要的領域之一。實驗室在超高密度超快速體全息存儲機理、關鍵技術、小型化系統集成和應用等方面取得了突破性進展，使我國在這一領域的研究達到了國際先進水平。
該項技術的研究成果對于軍用、醫療、金融、廣播電視等領域大型數據庫等數據存儲、加密保存和快速傳輸，制導導彈武器的目標快速跟蹤識別鎖定等具有十分重要的實用意義。成果的部分相關技術已轉為國防重點基金項目實施；該項技術的成功對于提高我國國防能力，保障國家和社會安全等方面研究具有重要意義。
新型微流體器件設計、加工、測試和應用研究成績顯著
新型的微流體系統技術是一個涉及微機械、流動控制和測試等多學科交叉的技術領域，微流體器件與系統在生化檢測、醫學和航天等領域有重要應用。該項研究是在 “集成微光機電系統”國家“973”項目等的研究基礎上完成的，成功實現“微流動機理和技術基礎器件和系統設計微制造技術微測試技術應用研究”的微流體技術平臺。突破了幾個關鍵技術，研制出了多種關鍵微器件和應用系統，如：高靈敏度的微量流體控制的微泵和微閥器件及其測試技術、陣列微噴和微推進器系統及其測試技術、生物微量采樣和分析芯片的微型儀器技術等。該項技術的研究已經協助創建了兩個高科技企業，已有正在發展的產業和應用；以微流體技術平臺作為微流體系統開發的基礎，將會衍生更多經濟和社會效益大的技術和產品。
雙頻激光理論、現象、器件和在精密計量中的應用研究實現突破
這是一項經長期研究獲得的較系統、完整的成果之一：從原理提出，到新器件的研制，再到這些新器件的新特性（效應）的觀察發現，然后又利用這些發現創造出新的傳感器。在長期的研究中，實驗室發現了兩個偏振激光模的在腔調諧中的相互競爭（抑制）效應和HeNe激光器和半導體激光器的回饋自混合納米干涉條紋。首次研究成了以下激光器和測量儀器：應力雙折射產生激光頻率分裂及雙折射雙頻激光器， 可獲得40MHz以上的頻差；研制成塞曼-雙折射雙頻激光器，可以產生1 MHz到幾百MHz的頻率差；成功地將一支普通氦氖激光器“演變”成一個可判向的測量位移的激光器“激光器納米測尺”；研究成功了激光頻率分裂波片測量儀；雙折射外腔回饋波片測量儀和激光器偏振、縱模、縱模分裂和模競爭教學實驗系統等系列產品。
近年來，精密測試技術與儀器國家重點實驗室清華大學實驗區也是一系列重大獎項的獲得者。2002年，由陸達，潘龍法等完成的“電影數字制作系統及應用研究開發”獲得國家科技進步二等獎；2003年，由馮冠平、朱惠忠、劉巖、董永貴等主持完成的“石英數字式力傳感器及系列全數字化電子衡器的研究與產業化”獲得國家發明二等獎。由葉聲華，殷純永等主持完成的“幾何量計量儀器現場校準方法和裝置”和由周兆英，朱榮，王曉浩 , 熊沈蜀完成的“MEMS的載體測控系統及其關鍵技術研究”則分別榮獲2004年和2005年的國家發明二等獎。
在省部級科技獎方面，精密測試技術與儀器國家重點實驗室清華大學實驗區也是建樹頗豐。由周兆英、葉雄英、王曉浩等主持完成的“新型微流體器件、結構加工和相關應用研究”獲得了2003年度教育部技術發明一等獎；由金國藩、何慶聲、曹良才等主持完成的“超高密度超快速光學體全息存儲及相關識別技術研究”和由徐端頤，潘龍法等主持完成的“高密度光盤存儲技術”則同時獲得2005年度教育部技術發明一等獎。
志在一流 勇攀高峰
精密測試技術與儀器國家重點實驗室清華大學實驗區的學術帶頭人是金國藩教授。金教授是博士導師，中國工程院院士、教育部科技委副主任，世界光學學會副主席、亞太地區儀器與控制學會主席，美國光學學會（OSA）和國際光學工程學會(SPIE)資深會員。曾任國家自然科學基金委副主任、中國光學學會副主席、中國儀器儀表學會副主席、清華大學精密儀器系主任、機械學院院長等職。自上世紀60年代起從事光學工程研究，是我國光學領域的知名學者，曾主持幾十項重大重點科研項目，是我國光學信息存儲、信息光學和二元光學的開創人與奠基人，曾獲得全國科學大會獎、中國工程院中國工程獎、國家科技進步三等獎，國家教委科技進步一等獎、二等獎、三等獎和第四屆國家圖書獎提名獎及全國優秀科技圖書獎暨科技進步獎（科技著作）二等獎、北京市科技進步一等獎等多個獎項，在國內外220余篇，培養博士研究生40余名，碩士研究生60余名。
光學工程研究方向范文4
作者簡介:宋宇（1979-）, 男, 遼寧沈陽人，講師, 主要研究方向: 計算機視覺;李慶玲（1979-）, 女, 四川仁壽人，助理研究員, 主要研究方向: 康復機器人、假肢控制。
文章編號:1001-9081（2011）07-1815-03doi:10.3724/SP.J.1087.2011.01815
（1.北京交通大學 電子信息工程學院, 北京100044;2.哈爾濱工業大學 機器人技術與系統國家重點實驗室, 哈爾濱 150080;
3.中國科學院 自動化研究所, 北京100190）
（）
摘 要：光學顯微視覺系統的主要特點在于景深短，難以獲取反映顯微場景的全面信息。為解決該問題，提出基于小波分析的光學顯微視覺系統景深擴展策略，分為局部清晰圖像獲取和多聚焦圖像融合兩個階段：首先，以定義的小波系數活性水平為依據，構造了新型清晰度評價函數和聚焦曲線全局極值搜索策略來實現快速自動聚焦、獲取局部顯微場景信息的目的；然后，為實現多局部聚焦顯微圖像的融合，設計了小波系數活性水平選擇型融合規則來融合獲取的多個局部顯微場景信息。實驗表明，提出方法可有效擴展光學顯微鏡的景深。
關鍵詞:小波分析；顯微視覺；自動聚焦；多聚焦圖像融合；景深
中圖分類號:TP242.6+2文獻標志碼:A
Focus depth extension for microscopic visual system based on wavelet analysis
SONG Yu1,2, LI Qing-ling2,3
（1.School of Electronic and Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China;
2.State Key Laboratory of Robotics and System, Harbin Institute of Technology, Harbin Heilongjiang 150080, China;
3.Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China）
Abstract: The main characteristic of optical microscopic visual is a short depth of focus, so it is difficult to obtain overall microscopic scene information. To overcome the problem, a wavelet analysis based strategy was proposed. It consists of two parts: the local information acquisition and the global information fusion. Firstly, based on the designed wavelet activity level measurement, a robust auto-focusing algorithm with new image sharpness function and fast global maximum searching strategy were designed to acquire local microscopic visual information. Secondly, an image wavelet activity level measurement based multi-focus images fusion scheme was presented. At last, the experimental results verify the validity of the proposed strategy.
Key words: wavelet analysis; microscopic vision; auto-focusing; multi-focus image fusion; focus depth
0 引言
光學顯微鏡由于可以提供微米（亞微米）級的測量精度而且價格相對低廉，被廣泛地采用為微操作系統中的傳感器件［1］。與宏觀光學視覺傳感器不同的是，光學顯微鏡的景深狹小，一般在0.2～120μm［2］，這就為光學顯微視覺系統引入了兩個主要問題：1）僅當被觀測的物于顯微鏡焦平面內時，才能得到用于后續處理、分析的清晰顯微圖像，物距稍有偏差就會造成圖像細節模糊；2）由于顯微視場中的被觀測物體不可能同時位于焦平面上（如有一定高度差的被觀測物體），通過光學顯微鏡難以同時觀測到顯微視場內的被觀測物體的全部信息。解決了以上兩個問題，就可將光學顯微視覺納入到宏觀視覺的技術的框架之內，利用常規宏觀視覺、圖像處理的技術手段完成顯微視覺處理工作。
自動聚焦［3］是獲取局部清晰顯微圖像的有效手段。其中涉及了清晰度函數以及清晰度函數最大化搜索策略兩個子問題：清晰度函數是顯微圖像清晰程度的定量數學描述；清晰度函數最大化搜索策略要解決的問題是通過控制光學顯微鏡沿其光軸運動，快速找到使清晰度函數達到全局最大值的位置，使得操作者通過人機交互選取的顯微圖像興趣區（Region Of Interest,ROI）內的圖像最為清晰。代表性的自動聚焦方法主要有基于空域像素灰度梯度的算法（Tenenbaum 梯度、Brenner梯度）；基于頻域高頻分量和的算法（離散傅里葉變換、離散小波變換）和基于圖像像素灰度統計學的算法（方差、熵）三類方法［4］。
然而，通過自動聚焦僅能獲取局部清晰的顯微圖像，難以得到一幅光學顯微鏡視野內處于不同深度位置上的所有觀測物體均清晰成像的景深擴展圖像。為解決該問題，本文以離散小波變換為理論工具，綜合自動聚焦與多聚焦圖像融合技術，提出局部信息獲取、全局信息融合的顯微視覺景深擴展策略：首先，同時考慮圖像小波系數能量及小波系數的局部區域方向梯度能量，給出了圖像小波高頻系數活性水平測度的定義；然后，基于小波高頻系數活性水平測度，分別探討了快速局部清晰顯微圖像獲取方法和多局部清晰顯微圖像的融合策略；最后，通過實驗驗證了提出的顯微視覺景深擴展策略的有效性。
1 圖像小波系數活性水平測度
根據數字圖像的小波分解理論，大小為M×N的數字圖像f（x,y）的第j尺度的4頻帶小波分解表達為：
Wφ（j,m,n）∑M－1x0∑N－1y0f（x,y）φj,m,n
Wiψ（j,m,n）∑M－1x0∑N－1y0f（x,y）ψij,m,n
（1）
式中：φj,m,n為j尺度下的尺度函數；Wφ（j,m,n）為圖像在j0尺度下的最粗分辨率估計；ψij,m,n（i{H,V,D}）為圖像的j尺度下的水平、垂直和對角（分別用符號H、V、D表示）三個方向的小波函數；Wψ（j,m,n）為分解得到的H、V、D三個方向的小波細節分量。關于小波分析、Mallat快速塔式算法及圖像小波分解與重構的詳盡相關理論與方法見文獻［5］。
令j 代表圖像的小波分解尺度，k0，1，2，3代表第j分解層的4個頻帶，定義小波系數局部梯度能量為：
Grad（Wj,k（m,n））max{KPWj,k（m,n）,
P1～4}（2）
式中：Wj,k（m,n）為第j尺度、第k頻帶、索引位置（m,n）處的小波系數；KP為圖1所示的4個方向梯度卷積核（P1代表135°方向，P2代表垂直方向，P3代表水平度方向，P4代表45°方向）。
定義小波系數能量為：
S（Wj,k（m,n））Wj,k（m,n）（3）
同時考慮小波系數能量和小波系數的局部方向梯度能量，定義小波系數活性水平測度為二者的乘積：
A（Wj,k（m,n））Grad（Wj,k（m,n））Wj,k（m,n）（4）
圖1 4個方向梯度卷積核
2 局部清晰顯微圖像獲取
2.1 圖像清晰度函數
顯微圖像清晰度分析是局部結構強度分析到全局信息綜合的過程，利用數學工具提取圖像的局部結構信息，并以聚焦興趣區內圖像局部強度的總和來代表清晰度［4］。根據定義的小波系數活性水平測度，設計的清晰度評價函數表示為：
F（z）∑（i,j）∈ROIAHL（i,j）+ALH（i,j）+AHH（i,j） （5）
式中:F（z）為深度方向位置z的圖像清晰度值；AHL,ALH,AHH 為經一層小波分解后，圖像ROI內三個高頻子帶的小波系數活性水平測度。
2.2 爬山搜索―曲線擬合一步定位搜索策略
為實現魯棒、快速的自動聚焦，設計了一種智能化的全局最大化搜索策略，稱為爬山搜索―曲線擬合一步定位搜索策略，具體過程分為兩步：
1）盲人爬山搜索。爬山搜索類似于方程求根的二分法，先以一定的步長從區間的一端向另一端搜索，當越過極值點后再將步長減半反向搜索，如此反復，直到搜索區間的長度達到要求的精度為止。在內存中開辟數組記錄當前采樣位置的圖像清晰度和前兩次采樣時刻的圖像清晰度，參考圖2，則爬山越過全局峰值點后，這幾個清晰度值間應滿足以下關系:
F（z（t））
F（z（t－2））
其中：（z（t）,F（z（t）））為當前時刻采樣位置及清晰度值，（z（t－1）,F（z（t－1）））為前一時刻采樣位置及清晰度值，（z（t－2）,F（z（t－2）））為前二時刻采樣位置及清晰度值。
圖2 爬山搜索越過峰值后采樣點的關系
即上一采樣位置z（t-1）位于焦點附近，z（t-2）與z（t）分別位于焦點的兩側。爬山搜索耗時與精度有關，例如：初始搜索步長設定為300μm，要經6次越過全局峰值后才能達到10μm搜索精度，這無疑將增加自動調焦過程的耗時。為此，設定當爬山搜索精度低于50μm后，就轉向峰值曲線擬合定位步驟。
2）峰值曲線擬合定位。在爬山搜索結束后，光學顯微鏡所已處于正確聚焦位置的附近，假設圖像清晰度函數在焦點位置附近的分布曲線為二次曲線，用下式對其進行擬合：
（z）a0z2+a1z+a2（7）
結合滿足式（6）的三個圖像清晰度函數值及各自的對應物距，可利用拉格朗日插值來求取二次曲線的參數，進而利用式（8）給出的焦點估計位置，驅動電機運動，使光學顯微鏡一步定位到該位置，完成快速的自動聚焦。
0 z0－（8）
3 多聚焦圖像融合
通過對顯微視野內處于不同深度位置上物體分別實施自動聚焦，可以得到一系列的局部清晰圖像。因而，為了得到一幅顯微場景內處于不同深度位置上的觀測物體全部清晰成像的景深擴展圖像，問題的實質轉化為實現多聚焦顯微圖像的信息融合。
小波分析是信息融合的有效手段，其過程由分解、系數融合和重構三個步驟組成，重點在于小波系數的融合規則。小波系數融合規則大致可分為“選擇型”和“權重平均型”兩種方式［6-8］，其中“權重平均型”融合規則由于引入平均運算，將不可避免損失高頻能量、模糊圖像細節，不適用于多聚焦顯微圖像的融合；“選擇型”規則是在多聚焦圖像中選取某種準則下“最好”的小波系數來重構圖像，可減少融合圖像細節的損失。根據定義的小波系數活性水平測度，設計了小波系數活性水平取大的 “選擇型”融合規則。以兩幅顯微圖像A和B的融合為例，該規則表示為：
WFj,k（m,n）
WAj,k（m,n）， A（WAj,k（m,n））>A（WBj,k（m,n））
WBj,k（m,n）， A（WAj,k（m,n））≤A（WBj,k（m,n）） （9）
式中：WAj,k（m,n）、WBj,k（m,n）分別為圖像A與B的第j層小波分解、第k頻帶、索引位置（m, n）處的小波系數；WFj,k（m,n）為融合后得到小波系數。
得到融合后各頻帶的系數后，經窗口一致性檢測［8］和重構就得到了輸出的融合圖像。采用標準Lena圖來評價算法性能，圖3（a）、（b）為高斯濾波后“人為”制造的部分模糊圖像，圖3（c）為融合的結果圖像。
圖3 部分模糊處理后的Lena圖及其融合結果
以均方根誤差（Root Mean Square,RMS）（式（10））和峰值信噪比（Peak Signal-to-Noise Ratio,PSNR）（式（11））作為客觀評價標準［9］，分別采用Biorthogonal小波和Daubechies小波作為基函數進行融合處理，結果見表1、表2?？傻玫饺缦陆Y論：當采用Daubechies小波作為基函數、消失矩取4、作5尺度分解時可得到最小的RMS，即圖像信息的融合質量最高。
RMS［∑M－1i0∑N－1j0［fp（i,j）－ff（i,j）］2］ （10）
PSNR10 lg （11）
式中：fp（i,j）、ff（i,j）分別為原圖像和融合結果圖像在索引位置（i,j）處的灰度值。
表1 基于Biorthogonal小波的融合結果
表2 基于Daubechies小波的融合結果
將設計的融合方法與小波系數能量取大（F1）、小波系數方差取大（F2）、小波系數梯度取大（F3）等進行對比（均采用Db4小波作為基函數，作5尺度小波分解）。結果如表3，可以看出，本文提出的方法具有最小的RMS和最高的PSNR，即較其他方法性能更優。
表3 不同方法的融合結果對比
4 實驗分析
實驗平臺為安裝在步進馬達臺上的光學顯微視覺系統［4］：光學顯微鏡為日本駿和V20-507，物鏡放大范圍為0.75倍～4.5倍，工作距離90mm；安裝在目鏡處的CCD攝像機為WAT902H微型CCD攝像機。在步進電機、精密絲杠的驅動下光學顯微視覺系統可沿光軸方向作可控物距調節運動，運動行程20mm、運動分辨力1μm［1］。
以硅微齒輪和標準量塊為例展開信息獲取實驗。實驗原理流程如圖4，首先以人機交互的方式選取不同深度方向的觀測物體為聚焦興趣區域（ROI）并實施自動聚焦，聚焦結束后將得到的部分清晰圖像存儲于緩存中；然后利用設計的多聚焦圖像融合方法來擴展光學顯微鏡的景深，得到一幅反映全部顯微觀測場景的清晰圖像。
圖4 顯微視覺景深擴展策略
圖5為3倍物鏡下的硅微齒輪的顯微視覺信息獲取實驗及結果，圖5（a）為選取硅微齒輪為興趣區后經自動聚焦得到的局部清晰顯微圖像；圖5（b）為選取載物臺為興趣區后經自動聚焦后得到的局部清晰顯微圖像；圖5（c）為信息融合結果，得到了一幅硅微齒輪與載物臺均清晰成像的顯微圖像。
圖5 硅微齒輪圖像的顯微視覺景深擴展
圖6為4.5倍物鏡下標準量塊邊緣的顯微視覺信息獲取實驗及結果，圖6（a）為選取量塊為聚焦興趣區后，經自動聚焦得到的局部清晰顯微圖像；圖6（b）為選取載物臺為聚焦興趣區后，經自動聚焦得到的局部清晰顯微圖像；圖6（c）為融合結果，得到了一幅顯微視野內載物臺和量塊邊緣全部清晰的顯微圖像，有效擴展了光學顯微視覺系統的景深。
圖6 標準量塊圖像的顯微視覺景深擴展
5 結語
對光顯微鏡的景深短、信息獲取困難的問題展開研究，主要成果有：1）在圖像小波分析的基礎上，同時考慮圖像小波系數能量及小波系數的局部區域方向梯度能量，定義了小波系數活性水平；2）以小波系數活性水平為依據，設計了清晰度評價函數和爬山搜索―曲線擬合定位的聚焦曲線全局極值搜索策略，實現快速自動聚焦、獲取局部清晰顯微圖像的目的；3）以多聚焦圖像融合方式擴展光學顯微鏡的景深，設計了基于小波系數活性水平的融合策略。實驗表明，在不變動系統硬件的條件下，提出方法以軟件方式實現了光學顯微鏡的景深擴展。
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光學工程研究方向范文5
關鍵詞：干涉；振動測量；信號轉化
中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）45-0275-02
一、引言
機械振動在石油的勘探、發電機組的振動監測、各種機床的振動、鐵路和橋梁的振動分析等方面有廣泛的應用。隨著現代工程技術飛速發展，低頻微小振動的測量成為振動測量的主要研究方向之一[1]。
基于激光干涉原理進行的光學測量的激光干涉測量法是一種高精度的測量技術[2]。其測量的分辨率和穩定性可以根據實際的應用情況選擇適合的調制解調方法來提高。但是，激光干涉測量技術的測量精度受諸多因素的影響，使得理論與實際操作之間還存在較大的差距[3]。常見的高精度激光干涉測量法包括：零差激光干涉法[4]、外差激光干涉法[5]。
ZYGO公司的7705利用塞曼效應產生最大頻差為3.65MHz的雙頻，其測量分辨率可達1.24nm；ZYGO公司的7712利用聲光調制法獲得頻差為20MHz雙頻，其測量分辨率可達0.31nm[6]；Renishaw公司的ML10gold干涉儀測量分辨率可達1.24nm，測量范圍為80m[7]；英國Renishaw公司Agilent（HP）公司的5519B型外差激光干涉儀的測量范圍為±21.2m，測量分辨率可達1.24nm[8]。我國四川大學研制的線位移傳感器檢定儀測量分辨率可達1nm，測量范圍20nm[9]；北京航空材料研究院研制的光外差馬赫-澤德干涉儀具有良好的線性和重復性，其測量精度達3nm[10]；清華大學殷純永教授的研究小組研制的SJD5型雙頻激光干涉儀分辨率達到0.49nm[11]。
本文優化了光路的設計，設計了檢測條紋移動變化的方案，實現了光信號到電信號的轉換，提高了測量的速度和準確率，從而提高了系統的測量精度。
二、實驗原理
用邁克爾遜干涉儀可以觀察到等傾干涉圖樣和等厚干涉圖樣，基本光路如圖1所示。從光源S發出的一束光，經分束鏡G1的后表面分成光強近似相等的反射光束1和透射光束2；反射光束1射出G1后投向反射鏡M1，反射回來再穿過G1；光束2經過補償板G2投向M2反射鏡，反射回來再通過G2，在G1的后表面上反射。于是，這兩束相干光在空間相遇并產生干涉，M2經G1下表面所成的像M2'，因M1和M2'之間為空氣層，n≈1，則兩相干光束的光程差為
=2dcosδ （1）
當M1和M2嚴格平行時，形成等傾干涉，否則形成等厚干涉。無論是等傾還是等厚干涉，只要邁克爾遜干涉儀一條干涉臂發生移動時，就會有條紋的移動，M1和M2'之間的距離每增加（或減少）λ/2，視場中有一個條紋移過，所以測試光的反射鏡向一個方向發生振動時，干涉條紋就會朝相對應的方向移動，振動的頻率的快慢影響觀察點的明暗變化的快慢。測試光的反射鏡的情況與條紋變化情況一一對應，測量出條紋的變化情況即可得到對應的振動情況。
三、實驗設計
用函數信號發生器發出信號，將信號輸出到壓電陶瓷，壓電陶瓷將電信號轉化為振動信號，檢測光的反光鏡與壓電陶瓷連接，檢測光的光程隨壓電陶瓷的振動而變化，檢測光與參考光形成干涉條紋，干涉條紋隨檢測光與參考光的光程差的變化而變化，所以干涉條紋的變化即反映了壓電陶瓷的振動情況。光電檢測器檢測到條紋的變化情況，將條紋變化這一變化的圖像信號轉化為電信號。將轉化后的電信號輸入到計算機，通過計算機程序的運算，得出壓電陶瓷的振動信號。
四、實驗結果
用信號發生器作為激勵源，驅動納米振動平臺，調節信號發生器使納米振動平臺振動幅度為25納米，振動頻率為20赫茲，頻率為20赫茲時振動實驗干涉儀輸出信號為圖2所示。
五、結論
本文所用干涉儀的信號處理電路是針對連續的模擬信號進行分析處理，因此，在現有的示波器檢測精度下，測量干涉儀分辨率只由噪聲決定。首先對振幅為15納米、頻率為20赫茲的振動信號進行測量，然后再分析振動信號頻譜可得，此干涉儀能夠進行高信噪比測量，干涉儀振動信號信噪比為30dB，分辨率可達到1nm。從而驗證了本文提出的改進型邁克爾遜干涉儀用于低頻微小振動測量的可行性。
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光學工程研究方向范文6
【關鍵詞】光電檢測技術 課程內容 實驗 考核
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2016）02-0069-02
隨著現代科學技術的快速發展，光電檢測技術作為一門研究光與物質相互作用的新興技術，因其測量精度高、速度快、非接觸、頻寬與信息容量極大、傳遞信息效率高、自動化程度高等突出特點，成為現代檢測技術最重要的手段和方法之一。在工業、農業、軍事、航空航天以及日常生活中應用得非常廣泛，是現代信息類工科學生必須掌握的知識。
自2004年起，光電檢測技術課程成為北京信息科技大學光信息科學與技術和測控技術與儀器兩個專業共同的一門重要專業課。該課程將光學檢測技術與現代微電子技術、計算機技術緊密結合起來，深入講解各種光電轉換技術及器件的原理、特性和基本用法，結合具體應用，詳細介紹各種激光干涉、衍射，光纖傳感等光電檢測方法、技術及系統，最終讓學生深入理解光電技術的基礎理論和基本知識，對各種光電器件和光電檢測技術有一個全面的認識，并且掌握多種光電檢測方法，以便在實踐中熟練應用，為學生今后的工作打下堅實的基礎。理解和掌握這門課程，對于提高學生素質和培養分析能力、創新能力都有重要意義。
同時由于光電檢測技術以光電子學為基礎，以光電子器件為主體，研究和發展光電信息的形成、傳輸、接收、變換、處理和應用，這正是學院儀器科學與技術和光學工程兩個一級學科共同的研究方向。學院眾多教師在該方向的長期科學研究過程中，不斷加深對光電檢測技術的基本理論、實施方法、系統和關鍵技術的理解和應用，在光、機、電、計算機相結合的激光干涉測量、激光衍射測量、激光跟蹤測量、光纖傳感檢測、光電多自由度監測等各種物理參數測量儀器和系統方面展開了深入研究，取得了豐碩的研究成果并積累了豐富的科研經驗。
2013年開始，以精品課程為目標，我們深入開展了光電檢測技術課程建設，涉及課程教學內容的更新、實驗環節的改進和考核方式的改革等。
一 教學內容
如圖所示，一個典型的光電檢測系統包括光學處理部分、電子學處理部分，兩者通過光電轉換部分有機連接成一個整體。與之相對應，光電檢測技術課程內容多、發展快、涉及知識面廣。為此，我們首先對授課內容進行比較分析和歸納總結，提煉出最基礎的關鍵原理，同時吸取眾家之長，結合專業特點，補充有代表性的最新應用。
首先對應用光學、物理光學、信息光學等課程已經講授的內容大幅度減少授課學時，例如光電檢測中常見光源、光學系統和設備相關內容的學時壓縮一半；但鑒于輻射度和光度學是專業選修課，一部分學生沒有選修，一部分學生選修后掌握不夠多，將該部分知識的講解課時適當增加，補充了一些與學生日常生活關聯度高的內容，增強學生學習的興趣；強化光電轉換器件部分，如前所述，該部分所介紹的各種光電轉換器件是光電檢測技術的關鍵環節，深入介紹了各種光電子發射探測器、光電導探測器、光伏探測器、光電成像器件的原理、特性和基礎應用，還專門介紹了應用日益廣泛的紅外熱成像探測器；同時考慮到調制解調技術在光電檢測系統中的廣泛使用，專門對此技術做了重點講解。調整后整體內容更豐富，兼顧了基礎原理和實際應用，學生反饋良好。
――――――――――――――――――――――――
* 北京信息科技大學課程建設項目資助
我們還將課程內容與后續的專業綜合實踐環節相配合。因為學院兩個專業都開設有專業綜合實踐環節，該環節主要培養學生綜合運用所學知識掌握某些光機電系統的設計能力，將所學與實際應用有機結合起來，最終提高學生分析問題和解決問題的能力，培養他們的創新意識及創新能力。光電檢測技術正是與專業綜合實踐相對應的一門重要的綜合性課程，我們在授課過程中有意識地將后期綜合實踐可能涉及的內容經提煉后引入到課程教學中，前期培養學生的綜合應用意識和能力，為后續的綜合實踐環節打好基礎。
二 實驗環節
課程設有8個學時的實驗。通過較充分的實驗，使學生在掌握光電檢測技術基本理論知識的基礎上，培養設計和實施工程實驗的能力，并能夠對實驗結果進行分析。
但我們發現，學生在綜合運用理論和技術手段設計系統的能力有所欠缺，主動性不足。為此，我們特別增加了學生自主設計實驗，例如讓學生自主設計一個光強自動控制裝置，能夠探測環境的光強，當環境光暗到一定程度后（根據環境情況，制定特定的照度值），能點亮LED。并且環境光越暗，LED越亮。通過此實驗，促使學生了解各種光強探測原理及傳感器，選擇合適的光強探測傳感器并設計其驅動電路，掌握輸出光強控制方法并設計相關電路，掌握實驗調試方法和實驗數據分析處理方法。整個實驗由學生自主設計，在設計方案審核通過后自主搭建系統并完成功能調試，最終提交完整的設計報告，包括任務分析、調研、系統方案設計、成本核算、具體電路設計、調試過程和測試結果處理。這樣的實驗學生參與度高、效果更好，對提高學生知識的綜合運用能力和手腦結合的能力有較大幫助。
三 考核方式
該課程加強了過程考核，增加了平時作業、課堂表現、小組專題宣講和實驗部分在總成績中的占比，特別是對于平時表現和實驗部分成績優秀的學生，本人申請獲批后，可以免書面考試，以實物作品、論文、競賽來代替。
對于大多數學生的期末考試，在出題過程中有意識地與課程目標緊密呼應。本課程的課程目標按照工程教育認證標準，主要涉及了通用標準畢業要求各種能力的培養，因此試卷題目也從各個角度對學生的以上能力進行考核。例如，為考核學生了解光電檢測技術的現狀和發展趨勢情況，我們出了讓學生填寫近年來諾貝爾物理獎主要內容的題目。又比如，為了考核學生掌握基本的創新方法，具有追求創新的態度和意識；具有綜合運用理論和技術手段設計系統的能力，設計過程中能夠綜合考慮經濟、環境、法律、安全、健康、倫理等制約因素的情況，我們在考試中有針對性地出了分值較高的光電檢測系統綜合設計型題目，加強了對學生綜合分析和設計能力的考核。
四 結束語
借助光電檢測技術課程建設，我們對該課程展開了全面探索和改進，緊密結合工程教育專業認證的要求，梳理了課程教學的內容，增加了學生自主綜合實驗，改進了課程考核方式，增強了學生的學習興趣，提高了學生的綜合分析和設計能力，初步達到了建設目標。
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