仿组织背散射Mueller矩阵的实验研究

论文摘要

散射介质中偏光信息的处理和利用在生物医学光学，特别是组织无损诊断和成像中具有潜在的实际应用价值。本文对偏振光在散射介质中的传输特性进行了实验测量和理论分析两个方面的研究。在实验测量部分，首先测量了葡萄糖对散射介质后向散射光偏振特性的影响，从定性、定量两个方面分析了脂肪乳剂中有无葡萄糖Mueller矩阵的二维分布图及解偏度变化规律，发现溶解的葡萄糖增加了脂肪乳剂中水的折射率，减少了散射粒子与周围介质之间的折射率不匹配，从而降低了散射能力，使Mueller矩阵的二维分布图变化区域变大并且伴随着花样畸变。其次，研究了在脂肪乳剂中加入不同大小、不同形状的隐藏物，在距离上液表面不同深度时，Mueller矩阵的二维分布图及解偏度的变化，从而利用这种变化对散射介质中目标进行识别和定位成像。最后，对数值Mueller矩阵的本征值、本征向量进行了初步探讨。先对理想的简单光学元器件Mueller矩阵的本征值、本征向量进行了求解分析，发现数学表达和物理意义能够完美一致。又对0.05％的脂肪乳剂在15度入射角下的Mueller矩阵二维分布图数值化，具体分析了第60行、70列的归一化数值Mueller矩阵的本征值，本征向量。然后找出了第70列数值Mueller矩阵的本征值的变化规律。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 本文内容与结构
• 第二章 理论基础
• 2.1 偏振光
• 2.1.1 偏振光与Stokes矢量
• 2.1.2 Mueller矩阵及其物理意义
• 2.1.3 Mueller矩阵的特征值和特征矢量
• 2.2 STOKES矢量、MUELLER矩阵测量方法的理论推导
• 2.2.1 Stokes矢量的实验测量原理
• 2.2.2 Mueller矩阵的实验测量原理
• 2.3 球形粒子散射（MIE散射）理论
• 第三章 散射介质偏振特性与葡萄糖含量关系的试验研究
• 3.1 光路的设计
• 3.1.1 光学元器件的选择
• 3.1.2 光路的调制与校准
• 3.1.3 Mueller矩阵的实验测量
• 3.2 葡萄糖对MUELLER矩阵二维分布图的影响
• 3.2.1 Mueller矩阵二维分布图随葡萄糖含量的变化规律
• 3.2.2 不同入射角时Mueller矩阵二维分布
• 3.3 散射介质后向散射解偏度的变化
• 3.3.1 相同散射介质浓度不同葡萄糖含量解偏度的变化
• 3.3.2 不同葡萄糖含量的散射介质后向散射光解偏度随探测角的变化
• 3.4 本章总结
• 第四章 介质中掩埋物对后向散射MUELLER矩阵的影响
• 4.1 偏振成像识别技术
• 4.2 实验装置
• 4.3 掩埋物体对后向散射光MUELLER矩阵影响
• 4.3.1 掩埋物体在不同深度对后向散射Mueller矩阵的影响
• 4.3.2 Mueller矩阵的二维分布与掩埋物大小的关系
• 4.3.3 Mueller矩阵的二维分布图与掩埋物形状的关系
• 4.4 掩埋物体对散射光解偏度的影响
• 4.4.1 隐藏物体在不同深度对散射光解偏度的影响
• 4.4.2 不同直径的掩埋物对散射光解偏度的影响
• 4.4.3 不同形状的掩埋物对散射光解偏度的影响
• 4.5 试验测量的误差分析
• 4.5.1 系统中光学元器件的固有缺陷
• 4.5.2 各偏振器件的方位角机械误差
• 4.5.3 CCD相机的噪声分析
• 4.6 本章总结
• 第五章 MUELLER矩阵本征值、本征向量的初步探讨
• 5.1 几种简单光学器件MUELLER矩阵的本征值、本征向量
• 5.1.1 线偏振器Mueller矩阵的本征值、本征向量
• 5.1.2 1/4波片的Mueller矩阵本征值、本征向量
• 5.2 脂肪乳剂后向散射MUELLER矩阵的本征值、本征向量
• 5.3 本章总结
• 第六章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献