紅外顯微成像系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

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1、紅外顯微成像系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究韓杰2015年1月中圖分類(lèi)號(hào)：TQ028.1UDC分類(lèi)號(hào)：540紅外顯微成像系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究作者姓名韓杰學(xué)院名稱(chēng)生命學(xué)院指導(dǎo)教師李曉瓊副教授答辯委員會(huì)主席李勤教授申請(qǐng)學(xué)位理學(xué)碩士學(xué)科專(zhuān)業(yè)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2015年1月ResearchontheKeyTechniquesofThermalMicroscopeImagingSystemCandidateName：JieHanSchoolorDepartment:SchoolofLifeScienceFacultyMentor:XiaoqiongLiChair,The

2、sisCommittee：Prof.QinLiDegreeApplied:MasterofScienceMajor：BiomedicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan，2015紅外顯微成像系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究北京理工大學(xué)研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，文中除特別標(biāo)注和致謝的地方外，學(xué)位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)所使用過(guò)的材料

3、。與我一同工作的合作者對(duì)此研究工作所做的任何貢獻(xiàn)均已在學(xué)位論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)的說(shuō)明本人完全了解北京理工大學(xué)有關(guān)保管、使用學(xué)位論文的規(guī)定，其中包括：①學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門(mén)送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；②學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文；③學(xué)校可允許學(xué)位論文被查閱或借閱；④學(xué)校可以學(xué)術(shù)交流為目的,復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；⑤學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容（保密學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定）。簽名：日期：導(dǎo)師簽名：日期：北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要紅外顯微成像技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)生物組織溫度分布的精細(xì)

4、觀(guān)測(cè)，已成為病理分析、臨床檢驗(yàn)、生命科學(xué)研究等領(lǐng)域的重要工具。然而，由于紅外輻射波長(zhǎng)特點(diǎn)，紅外成像的空間分辨力較低。同時(shí)，受限于加工工藝，現(xiàn)有的紅外探測(cè)器普遍存非均勻性、響應(yīng)率小、噪聲大、需制冷等多耦合的復(fù)雜問(wèn)題。此外，受熱傳導(dǎo)作用影響，物體局部熱差異小，本身熱分布也會(huì)持續(xù)發(fā)生變化，對(duì)紅外成像系統(tǒng)的溫度分辨率與實(shí)時(shí)性與要求較高。針對(duì)以上問(wèn)題，本文通過(guò)調(diào)研目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用中的紅外顯微成像系統(tǒng)與其相關(guān)性能，確定了以高靈敏度紅外讀出電路和高速實(shí)時(shí)數(shù)字成像電路在內(nèi)的研究?jī)?nèi)容。在此基礎(chǔ)上，對(duì)紅外成像系統(tǒng)中所涉及的光學(xué)與結(jié)構(gòu)、紅外焦平面探測(cè)器、成像電路以及成像算法進(jìn)行了研究，討論了各

5、部分的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)性能指標(biāo)。完成了光學(xué)結(jié)構(gòu)、成像電路組合與成像算法,最終完成了紅外顯微成像系統(tǒng)原理樣機(jī)的搭建。其中，成像系統(tǒng)中核心部件的成像電路組合通過(guò)有效的驅(qū)動(dòng)與濾波設(shè)計(jì)并采用相位調(diào)整采樣方式保證了低噪聲的采集要求。高速數(shù)字成像電路基于FPGA的硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了校正系數(shù)計(jì)算與實(shí)時(shí)兩點(diǎn)校正、積分時(shí)間校正、單點(diǎn)修正與直方圖修正等圖像處理功能。性能測(cè)試中，以黑體與一系列的參考物體為成像測(cè)試對(duì)象，通過(guò)對(duì)比分析圖像質(zhì)量，對(duì)系統(tǒng)的噪聲性能、靈敏度和NETD等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。實(shí)際搭建平臺(tái)實(shí)驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)的紅外顯微成像系統(tǒng)NETD達(dá)到51mK，最小分辨力達(dá)到55.7μm，通過(guò)微

6、位移平臺(tái)亞像元掃描的方式圖像高分辨率重建后分辨力達(dá)到39.4μm。系統(tǒng)成像質(zhì)量良好、工作穩(wěn)定，符合顯微成像的要求，具有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：紅外顯微成像；非均勻校正；NETD；FPGAI北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractThermalmicroscopyimagingtechnologyenablesdetecttheprecisedifferencesofdifferenttissuesandorgans,hasbecomeanimportanttoolforpathologicalanalysis,clinicaltestingandlifescience.

7、However,spacialresolutionhasbeenlimitedbecauseofwavelengthofinfrared.Designingofthermalmicroscopyalsohastofacetoalotofapplicationchallengesduetothemanufacturingprocess,nun-uniformitiesofinfrareddetectors,lowsignalresponsivity,lowsignal-to-noiseratioandcoolingproblems.Onth