成像的案例
紅外成像與微光成像的區別
微光成像技術
微光夜視技術又稱像增強技術，是通過帶像增強管的夜視鏡，對夜天光照亮的微弱目標像進行增強，以供觀察的光電成像技術。微光技術是光電高新技術中的重要組成部分。在微光夜視產品中，圖像增強器是核心器件，利用圖像增強器將夜空中微弱的自然光，如月光、星光、大氣灰光增強幾百倍、幾萬倍達到使人眼能夠進行遠距離觀察的程度。黃綠光是人眼最敏感的波長，因此，這種顏色的熒光屏常常被應用到增像器上。我們在電影電視里看特種部隊進行夜視成像時，夜視鏡頭里的圖景呈現黃綠色就是因為這個原因。
紅外成像技術
紅外夜視技術分為主動紅外夜視技術和被動紅外夜視技術。主動紅外夜視技術是通過主動照射并利用目標反射紅外源的紅外光來實施觀察的夜視技術，對應裝備為主動紅外夜視儀。被動紅外夜視技術是借助于目標自身發射的紅外輻射來實現觀察的紅外技術，它根據目標與背景或目標各部分之間的溫差或熱輻射差來發現目標。其裝備為熱成像儀。現階段監控攝像機裝備的都是主動紅外系統，對被動紅外系統的應用還較少。
微光成像技術優點
微光成像技術之所以被各國軍隊大量應用在夜視上，是因為它的全面性。該技術相比紅外技術，不需要紅外燈發射紅外線、不需要被觀測物體必須有熱量。從而很好的適應軍隊在不同環境下作戰。選擇紅外成像技術，第一得考慮紅外燈的損耗和維護，第二要考慮被觀測物體是否自身含有熱量。而微光成像技術不需要考慮這么多，只需借助自然光即可達成夜視效果。同時，微光夜視儀圖像清晰、體積小、重量輕、價格低、使用和維修方便、不易被電子偵察和干擾，應用范圍廣，這些也是紅外夜視成像不可比擬的。
微光成像技術的缺點
微光成像技術的缺點在于易受周邊環境影響。如怕強光，具有暈光現象。在遇到強光的時候夜視儀無法進行觀測，觀測者會感到眩暈。
展開 南京大學蔣錫群-甄敘團隊系統評述：半導體共軛聚合物光學探針的設計及在自發光成像和光聲成像中的應用
分子成像技術能夠為疾病的早期診斷和治療提供重要的信息。分子成像技術可以通過外源性成像探針或內源性信號在細胞和分子水平對生物體內生理病理學變化過程進行可視化、可量化的表征。相比于傳統的分子成像技術，光學成像技術是一種非侵入性的、高時空分辨率、高靈敏度的非電離輻射成像技術。為了增強光學成像的信噪比和穿透深度，自發光成像(self-luminescence imaging)和光聲成像(photoacoustic imaging, PAI)最近引起越來越多的關注。
自發光成像不需要實時光激發，避免了實時光激發所造成的組織自發熒光，可以提高光學成像的靈敏度和信噪比；光聲成像是一種結合了光學激發和超聲傳播檢測的新型成像技術，其利用脈沖激光激發吸收體，吸收體將吸收的光能轉化成熱量引起局部溫度升高，導致熱膨脹繼而轉化成超聲波，通過超聲傳感器接收產生的超聲波信號，并將信號處理圖像重建形成光聲圖像。聲信號在組織中的散射遠低于光在組織中的散射，因此光聲成像突破了光學成像的穿透深度限制，可以實現更深組織的成像。
由半導體共軛聚合物(semiconducting polymer, SP)組成的半導體共軛聚合物納米材料(semiconducting polymer nanoparticles, SPNs)是一類新興的有機光學探針。電子離域的π共軛體系是SPs 的結構特征，SPNs 的光學性質大多由SPs 的化學結構決定，因此可以通過對SPs的結構進行合理設計來調節其光學性能。迄今為止，SPNs已經被用于開發一系列的光學應用上，例如熒光成像、化學發光成像、長余輝成像、光聲成像、光動力治療和光熱治療。
展開 懸浮成像技術與VR，Ansys Speos光學在手機背殼立體成像中的應用
為了實現手機外觀設計的差異化，各家廠商開始在手機背殼上越來越多地應用新型光學成像技術。當前，使用集成成像技術的懸浮成像技術開始被多家手機廠商應用于其高端型號的背板設計上。
懸浮成像技術，又稱空中成像技術，是一種通過特殊的光學裝置將圖像投射到空中，形成懸浮在空中的三維立體影像技術。作為一種全新的顯示和交互技術，懸浮成像技術的獨特魅力體現在其能夠在無實體接觸的情況下實現立體、真實的空中成像，并支持直觀的人機交互體驗。
近年來，在相關企業的積極推動下，搭載這一先進技術的產品正在逐步從實驗室走向市場，實現商業化落地。例如，部分智能座艙、懸浮精靈以及車載顯示產品已成功實現了規模化量產。但由于懸浮成像技術的設計和仿真難度，供應商通常要耗費比通常設計更多的時間成本和打樣次數來獲得理想的產品效果。因此，供應商們需要通過光學仿真軟件來實現最優的產品解決方案。
作為一款專業用于光學設計、環境與視覺模擬系統、成像應用的光學仿真軟件，Ansys Speos提供完美的可視化光學系統和直觀的人機交互平臺。基于三維模型CAD數據，Ansys Speos進行人眼視覺分析和人因環境評估，在產品設計階段對方案可行性進行驗證，在設計前期發現、反饋和處理問題，實現最優的產品解決方案。
基于此，7月18日，Ansys 系列網絡研討會將推出「Ansys 光學在手機背殼立體成像中的應用」主題。在本次研討會中，將介紹通過Ansys Speos搭建和仿真懸浮成像技術的方法，幫助設計者預測產品成像效果，定位設計錯誤，降低打樣次數從而降低設計成本。另外Ansys Speos 支持在VR頭顯中直接觀察懸浮成像效果，相比于普通屏幕，通過VR頭顯，設計者可以直接觀察到產品的懸浮效果，實現對設計更加高效的評估。
展開 光刻技術第7期 | 二維與三維矢量成像模型對比-零波像差雙遠心成像
01/簡介
零波像差雙遠心物鏡以“視場全域波前畸變趨近于零、物像比例恒定”的特性，成為3D NAND、精密微納制造等場景的核心光學器件，但其對成像模型的維度適配性提出嚴苛要求。二維矢量成像模型雖能滿足平面圖形的偏振態表征需求，卻因忽略深度方向光場耦合與厚掩模衍射效應，無法適配三維堆疊圖形的成像預測。
三維矢量成像模型通過全空間矢量光場建模，可精準捕捉雙遠心光路下三維偏振演化與深度衍射規律，成為破解該瓶頸的關鍵。本文以零波像差雙遠心成像為視角，對比二維與三維矢量模型的適配性差異，重點聚焦三維模型的應用機理，為先進三維制程光刻精度提升提供理論支撐。
02/三維矢量成像模型在零波像差雙遠心物鏡中的應用
零波像差、雙遠心成像時，物鏡三維偏振像差的偏振追跡矩陣與二維偏振像差的瓊斯矩陣可相互轉換。
從瓊斯矩陣轉換為三維偏振追跡矩陣，只需借助物方和像方的變換矩陣：將物方變換矩陣、瓊斯矩陣、像方變換矩陣依次結合，即可得到對應的三維偏振追跡矩陣。
而物方、像方變換矩陣的元素，對應的是“物方局部坐標系在全局坐標系中的坐標”“像方局部坐標系在全局坐標系中的坐標”——這些坐標信息是實現矩陣轉換的基礎支撐。
這一轉換能力，讓零波像差雙遠心物鏡中的偏振像差處理，能在三維與二維矩陣間靈活切換，適配不同的計算與優化場景。
二維-三維坐標系與矩陣轉換
光刻成像模型中x-y坐標系（全局）和i-j坐標系（局部）示意圖如圖所示。
展開 
超薄成像新趨勢 | OAS 助力輕量化，高分辨率成像
輕量化浪潮下的技術風口
在 AR/VR、車載成像、消費電子等領域對 “輕、薄、高清” 的極致需求驅動下，超表面成像技術正從實驗室走向產業化，成為顛覆傳統光學的核心路徑。但超表面設計 “跨尺度難、算力成本高、設計閉環斷裂” 等痛點，嚴重制約技術落地。
超表面是由亞波長（小于工作波長）微納結構單元周期性 / 非周期性排布的二維人工光學器件，厚度僅為傳統透鏡的 1/100 甚至更薄，可精準調控光的相位、振幅、偏振等特性，徹底打破傳統光學 “曲面、厚重、多片疊加” 的固有形態。當前，超表面成像技術已成為全球光學領域的研發熱點與產業焦點。
01/超表面成像發展態勢
? 應用場景全面拓展
1.消費電子領域，旗艦手機、折疊屏設備迫切需要超薄攝像頭模組，超表面透鏡可替代傳統 3-5 片玻璃透鏡，將鏡頭厚度壓縮至 1mm 以內，同時降低功耗與成本；
2.AR/VR 領域，超表面鏡片能實現輕量化（單鏡片重量 < 0.1g）、大視場與高成像質量，解決當前設備厚重、邊緣色差明顯的痛點；
3.車載與安防領域，超表面成像系統可在惡劣環境下實現高分辨率成像，且具備小型化、高可靠性優勢，契合自動駕駛、智能安防的長期需求。
02/超表面設計中的常見缺陷
超表面設計是 “宏觀光學系統性能” 與 “微觀納米結構響應” 深度耦合的跨尺度問題，需同時兼顧幾何光學的系統級分析與波動光學的微納場分布計算。傳統光學軟件與設計方法存在天然短板，難以適配超表面的設計需求。
展開 光刻技術第8期 | 二維與三維矢量成像模型對比-零波像差非雙遠心成像
01/簡介
零波像差非雙遠心物鏡憑借“波前畸變趨近于零、適配大視場與復雜物距場景”的優勢，在精密光刻、微納檢測等領域廣泛應用，但其視場邊緣物像比例變化特性，對成像模型的維度適配性提出更高要求。
二維矢量成像模型雖能表征平面圖形偏振態，卻因忽略深度光場耦合、厚掩模衍射及視場-深度耦合效應，無法精準預測三維圖形成像質量。三維矢量成像模型通過全空間矢量光場建模，可精準捕捉非雙遠心光路下三維偏振演化與深度衍射規律，成為破解瓶頸的關鍵。本文以零波像差非雙遠心成像為視角，對比二維與三維模型適配性，重點聚焦三維模型應用機理，為先進三維制程光刻精度提升提供支撐。
02/三維矢量成像模型在零波像差非雙遠心物鏡中的應用
遠心度與模型差異的量化關系
各級衍射光主光線轉動關系示意圖
物鏡像方遠心度衡量：投影物鏡像方主光線方向單位矢量[kx,ky,kz]，用kx/kz,ky/kz表示。
模型差異隨kx/kz的變化：kx/kz增大10倍，仿真結果差異增大100倍左右；當kx/kz從10-3變化到10-1時，差異從10-6量級變化到10-2量級。
零像差非雙遠心物鏡下的差異量化
仿真條件：接觸孔掩模、中心點光源X偏振照明、物鏡像方kx/ky=0.1、瓊斯矩陣為單位矩陣。
掩模圖形示意圖
差異結果：二維與三維模型空間像相對強度分布差異在10-2量級，最大絕對差值9.3x10-2、平均絕對值差4.5x10-2、差值均方根5.1x10-2。
二維矢量成像模型與三維矢量成像模型仿真零像差非遠心物鏡成像結果
結論：三維矢量成像模型預測非雙遠心物鏡成像更精確。
展開 光刻技術第4期 | 光刻成像理論
三維嚴格矢量光刻成像模型主要針對3D集成電路（如3DNAND、3DIC堆疊）的三維圖形，需解決立體結構對光場傳播與偏振態的調制問題。局部坐標系以三維圖形的深度方向為Z軸，重點分析深度方向的偏振光能量分布與光刻膠顯影速率的關聯；全局坐標系將三維圖形的堆疊結構納入全視場分析，考慮“視場位置-深度方向”的耦合效應，可實現3D圖形全視場、全深度的高保真成像。
成像模型對比：
03/成像分析
針對零波像差雙遠心、零波像差非雙遠心、存在波像差三種情況，對比二維與三維矢量成像模型的成像性能：
零波像差雙遠心：二者成像性能完全相同。
零波像差非雙遠心、存在波像差：二者成像性能存在差異，三維矢量成像模型更具優勢
二維矢量成像模型與三維矢量成像模型仿真零像差非遠心物鏡成像結果
二維和三維矢量成像模型仿真結果的差異
在成像物鏡為存在像差的非理想系統時，三維矢量成像模型較二維矢量成像模型預測成像特性更精確。
04/先進技術與未來發展方向
二維矢量光刻成像模型在局部與全局坐標系下持續突破，局部聚焦單圖形CD精度優化，全局實現全視場偏振像差均衡；三維模型則攻克立體結構光場耦合難題，局部提升深度方向CD均勻性，全局保障全視場三維圖形一致性。未來，二者將向AI加速計算、多物理場耦合分析及全鏈路自適應優化方向發展，為先進制程與3D集成電路光刻提供更精準高效的理論支撐。
展開 機器人視覺三維成像技術全解析
摘要
本文針對智能制造領域機器人視覺感知中的三維視覺成像技術進行綜述,系統地總結了一些有代表性的機器人視覺成像方法的特點和實際應用中的局限性,內容涉及飛行時間三維成像、點線掃描三維成像、色散共焦成像、結構光投影三維成像、光學偏折成像、單目與多目立體視覺三維成像和光場成像等。繪制了各種視覺成像的圖譜,并探討了機器人手眼系統最佳三維成像方法。
在工業4.0時代，國家智能制造高速發展，傳統的編程來執行某一動作的機器人已經難以滿足現今的自動化需求。在很多應用場景下，需要為工業機器人安裝一雙眼睛，即機器人視覺成像感知系統，使機器人具備識別、分析、處理等更高級的功能，可以正確對目標場景的狀態進行判斷與分析，做到靈活地自行解決發生的問題。
一、機器視覺系統組成
典型的機器視覺系統可以分為：圖像采集部分、圖像處理部分和運動控制部分。基于PC的視覺系統具體由如圖1所示的幾部分組成：
圖1 機器視覺系統組成
①工業相機與工業鏡頭——這部分屬于成像器件，通常的視覺系統都是由一套或者多套這樣的成像系統組成，如果有多路相機，可能由圖像卡切換來獲取圖像數據，也可能由同步控制同時獲取多相機通道的數據。根據應用的需要相機可能是輸出標準的單色視頻（RS-170/CCIR）、復合信號（Y/C）、RGB信號，也可能是非標準的逐行掃描信號、線掃描信號、高分辨率信號等。
②光源——作為輔助成像器件，對成像質量的好壞往往能起到至關重要的作用，各種形狀的LED燈、高頻熒光燈、光纖鹵素燈等都容易得到。
展開 綜述: “近紅外-II”光學成像的最新進展
越來越多的概念驗證研究已經探索了它們的生物成像應用，并獲得了比目前成熟使用的NIR-I更深的滲透深度，更好的對比度和分辨率，這使得NIR-II生物成像在臨床前成像研究和臨床應用方面具有巨大的潛力。但是NIR-II生物成像技術目前仍處于起步階段，與大多數新發現或開發的成像技術類似，NIR-II生物成像存在許多挑戰。主要涉及如下：（1）設計和/或選擇核心材料和功能組/識別元素以形成外源NIR-II探針；（2）優化其光物理特性以匹配可用的成像系統；（3）評估其生物相容性，藥代動力學和毒性；（4）NIR II光學光電探測器和成像系統的開發和優化。總之， NIR-II生物成像將如何廣泛用于補充甚至替代當前的生物成像技術，以滿足當前生命科學和醫學研究的要求是還有待觀察。 但是，相信隨著NIR-II生物成像技術的不斷進步以及NIR-II成像系統的成本逐步降低，這種成像技術將被廣泛采用。
文獻鏈接：Recent Advances of Optical Imaging in the Second Near-Infrared Window（Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201802394）
展開 加州理工學院魏璐《自然·通訊》超分辨率無標記體積振動成像（水凝膠擴大成像）
【科研摘要】
高分辨率光學成像
方面的創新使納米級生物結構和連接的可視化成為可能。然而，超分辨率熒光技術，包括面向光學和基于樣品擴展的技術，在定量和通量方面受到限制，尤其是在組織中熒光團的光漂白或淬滅，以及低效率或不均勻的探針傳遞。
最近，
加州理工學院
魏璐助理教授
團隊
報告了一種通用的樣本擴展振動成像策略，稱為
VISTA，用于對富含蛋白質的生物結構進行可擴展的無標記高分辨率詢問，分辨率低至 78 nm。VISTA 通過最佳保留內源性蛋白質、各向同性樣品膨脹和去除散射脂質來獲得不錯的 3D 圖像質量。沒有探針標記相關的問題，VISTA 提供無偏見
和高通量的組織研究。
通過相關的
VISTA 和免疫熒光，
團隊
進一步驗證了 VISTA 的成像特異性，并訓練了一個圖像分割模型，用于對復雜小鼠腦組織中的細胞核、血管、神經元細胞和樹突進行無標記的多分量和體積預測。
因此，VISTA 可以為多功能生物醫學研究開辟新的途徑。
相關論文以題為
Super-resolution label-free volumetric vibrational imaging
發表在《
N
ature Communciations
》上。
【主圖導讀】
圖
1：擴展和蛋白質保留樣品的高分辨率無標記振動成像。
圖
2：細胞和組織的超分辨率三維 VISTA 成像。
圖
3：在小鼠腦組織上使用熒光標記驗證 VISTA 成像特征。
展開 .: 有機半導體材料在深層組織分子成像中的應用
和NIR-Ⅰ熒光成像相比，NIR-Ⅱ熒光成像具有更少的光散射和更低的組織自發熒光，因此具有更高的成像信噪比和穿透深度。
自發光成像
自發光成像由于無需實時光激發，可以完全避免實時光激發所造成的組織自發熒光。因此，和傳統的熒光成像技術相比，自發光成像具有較低的成像背景值和較高的成像信噪比。自發光成像有三種類型：生物發光、化學發光和余輝發光。生物發光依賴于酶反應來產生光子；化學發光是通過基質與活性氧化物質之間的化學反應來產生光子；余輝發光是材料在光激發結束后，以光的形式將能量緩慢釋放的發光現象。
光聲成像
光聲成像是一種結合光學吸收和超聲波傳播的新影像技術，其利用脈沖激光作為激發源，吸收體將吸收的光能量轉化為熱能并引起局部溫度升高，從而導致熱膨脹并產生壓力波，即光聲信號。因為聲音信號在組織中的散射幾乎可以忽略，所以光聲成像的組織探測深度僅取決于激發光的組織穿透深度，而不像熒光成像同時取決于激發光和發射光的組織穿透深度，因此可以實現更深組織的成像。
Figure 1. 光與生物組織之間相互作用的示意圖
(a). 熒光成像
(b). 自發光成像
(c). 光聲成像
(d). 氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的吸收光譜
(e). 不同生物組織的散射系數
(f). 不同小鼠器官的自熒光光譜圖
Scheme 1.
展開 
AR 眼鏡成像仿真難操作？OAS 軟件精準解難
AR眼鏡成像
總結
本案例借助 OAS 光學軟件完成了 AR 眼鏡成像系統的全流程光學仿真分析，通過精準的模型構建與多維度探測器配置，高效獲取了光路傳輸、衍射效率、成像質量及雜散光分布等核心數據，為深入理解 AR 眼鏡成像系統的光學特性與技術痛點提供了有力支撐。OAS 軟件在光波導設計、光柵仿真與雜散光分析領域的精準性與高效性得到驗證，可作為 AR 眼鏡成像系統設計與優化的可靠技術工具，有效解決衍射效率低、成像一致性差等行業痛點，助力 AR 眼鏡實現輕量化與高性能化的設計目標。
光刻技術第5期 | 二維矢量光刻成像
當制程節點邁入5nm及以下的精微領域，芯片關鍵尺寸已逼近原子級別，傳統標量成像理論因無法精準捕捉光的偏振特性對成像精度的影響，已難以滿足關鍵尺寸均勻性（CDU）的嚴苛要求，制程升級陷入瓶頸。
在此背景下，二維矢量光刻成像模型應勢而生，憑借對矢量光場與偏振像差的精準把控，成功突破衍射極限，成為先進邏輯芯片制造的核心技術支撐，為7nm、5nm乃至3nm制程的落地注入強勁動力，推動半導體產業實現跨越式發展。
矢量光刻成像模型
二維矢量光刻成像流程簡潔高效且精準可控，每一步都經過嚴苛的技術打磨：光源經定制化照明系統進行勻光、偏振調控后，均勻照射在高精度掩模上，掩模上的二維圖形會對入射光進行選擇性衍射；衍射出的光進入高數值孔徑物鏡系統后，系統會在入瞳與出瞳處通過特殊光學結構完成偏振態、相位及振幅的精準調控，濾除無效雜光，保留有效成像光；最終，經過調控的光在硅片像面精準匯聚，實現高保真成像。
整個過程中，掩模圖形的最終成像光強，由不同照明出瞳點照射形成的像光強疊加而成，這種疊加機制確保了即使在大視場曝光場景下，圖形的邊緣精度與內部均勻性也能得到雙重保障，有效避免了傳統光刻中“邊緣模糊、中心失真”的問題。
02/構造模型
1.物方衍射遠場：
采用傅里葉變換技術，將掩模表面復雜的光場分布轉化為物方衍射遠場Efar，分離不同偏振方向的光場分量特征。而近場光場的形成直接與入射照明光的偏振態有關，通過提前調控照明光偏振方向，可針對性強化關鍵圖形的光場信號。這一技術使掩模光場的捕捉精度達到0.1nm級別，即使面對納米級的掩模圖形細節，也能完整保留光場特征，為后續成像奠定了極致精準的基礎。
展開 AR 眼鏡成像仿真難操作？OAS 軟件精準解難
借助軟件 PSF&MTF 分析工具，量化評估成像系統的分辨率與像質表現，定位色偏、拖影等問題的核心成因；結合雜散光路徑提取功能，精準識別光柵區域雜散光的關鍵產生部位，為光柵結構優化與雜散光抑制方案設計提供明確方向。
AR眼鏡成像
總結
本案例借助 OAS 光學軟件完成了 AR 眼鏡成像系統的全流程光學仿真分析，通過精準的模型構建與多維度探測器配置，高效獲取了光路傳輸、衍射效率、成像質量及雜散光分布等核心數據，為深入理解 AR 眼鏡成像系統的光學特性與技術痛點提供了有力支撐。OAS 軟件在光波導設計、光柵仿真與雜散光分析領域的精準性與高效性得到驗證，可作為 AR 眼鏡成像系統設計與優化的可靠技術工具，有效解決衍射效率低、成像一致性差等行業痛點，助力 AR 眼鏡實現輕量化與高性能化的設計目標。
展開 3D成像技術和CMOS傳感器的發展方向簡析
一. 3D成像和傳感市場
早期的3D成像和傳感技術主要應用于傳統的醫療和工業領域，但市場規模很小，數年來一直維持在1億美元以下。隨著近年來技術不斷取得突破，3D成像和傳感技術已經開始進軍消費電子和汽車電子領域，未來將迎來爆發式的增長。
據最新預計（圖1），3D成像與傳感的全球市場規模將從2017年的21億美元擴大至2023年的185億美元，年復合增長率達到44%。在2017年iPhone X Face ID采用了3D像機的觸發下，未來消費類3D成像和傳感市場將持續成為增長最快、規模最大的領域：從2017至2023年，消費類3D成像和傳感市場的年復合增長率將達到82%，到2023年的市占比將超過七成（圖2）。
圖1 2011~2023年3D成像和傳感市場預測
圖2 2017年和2023年3D成像和傳感細分市場占比
目前在移動消費市場，全球已經建立了完善的3D成像產業鏈（圖3）。由于技術領先，蘋果及其聯盟公司目前牢牢把控3D成像技術，預計Android陣營大規模普及3D成像可能要到2019年。屆時一旦Android智能手機的替代供應鏈就位，3D成像的市場的體量將快速增大。
在中國，諸多手機制造商已經開始布局3D成像技術：小米8探索版中搭載了3D人臉識別技術；OPPO和華為預計今年下半年相關機型也將會搭載3D傳感器。雖然中國在手機應用端已經在全球率先切入3D成像，但是3D成像供應鏈基本都是海外公司，國內供應鏈缺失。由于技術壁壘較高，未來中國廠商很難打進3D成像的供應鏈。
圖3 2018~2023年全球移動消費類3D成像生態鏈
二.
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