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CCD非线性对光谱分布的影响
摘要：
傅里叶变换测试中CCD非线性的光谱分布效应被分析。分析了傅里叶变换分析中CCD非线性光谱分布的影响。 首先，给出了傅里叶变换后由实际CCD获取的变形条纹的光谱分布表达式。 其次，讨论了CCD在实际条件下输出变形条纹的非线性条件，分析了包含物体高度信息和高阶光谱的一阶光谱之间的光谱重叠关系，其分离条件为 讨论 最后，推导出采样后的离散变形条纹表达式，针对来自CCD的像素信号强度，得到变形条纹的傅立叶光谱表达式，分析采样引起的频谱重叠和分离，采样频率满足采样条件 给了 计算机仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。
1.介绍
在傅立叶变换傅里叶变换中，由于实际CCD输出光强与输入光强之间的非线性关系，会影响光谱分布，导致三维物体形状的测量精度较低。
由于CCD非线性与频谱分布关系的重要性，世界许多学者对此进行了研究，并获得了一些更好的研究成果。 2010年，张等人研究了光刻级光学CCD的非线性特性测试，为建立自动化测试平台提供了参考。 2014年，Song et al。研究了光纤陀螺振动试验中频率混合的影响，为了验证混频的结果并对其进行约束，设计并实现了一种闭环数据采集系统，用于获得FOG的原始输出，最后给出了混频的抑制方法。 2008年，乔解释了CCD非线性的原因，提出了一种调整CCD非线性的方法，调整后，gamma;阶光谱与一阶光谱之间的光谱重叠明显减少。2010年，杜等。通过剪切干涉法研究了CCD非线性对波前检测的影响，当采用径向剪切干涉仪用于大功率激光波前检测时，由于CCD非线性的影响，它们可能导致重叠的光谱，这使得难以提取有用的信息并降低了波前的检测精度。本文实现了计算机模拟和测量，验证了提出的基本原理分析的校正。
基本原理：
电荷耦合器（CCD）是这样的半导体光电器件，可将光能转换为电能，在理想条件下，可能会在CCD的输出光强度和输入光强度之间存在线性关系。当将正弦光栅图案投影到3D漫射物体的表面上时，可以如下获得来自CCD照相机系统的变形的光晕强度：
（1）
其中An（x，y）是投影光强度分布，r（x，y）是物体表面的不均匀反射率，f0是投影光栅沿x轴的空间基频，phi;（x，y）是相位调制由物体高度分布h（x，y）引起。
假设h（x，y）= 0，参考面的变形条纹光强度可以表示为：
（2）
其中r0（x，y）是参考表面的非均匀性反射率，当h（x，y）= 0时，phi;0（x，y）是相位调制。 （1）通过傅里叶变换实现，频谱分布可以如下获得：
（3）
在实际情况下，根据参考文献当L0 gt;gt; h（x，y）时，调制相位与测量对象的高度分布之间的关系可表示为：
（4）
其中d是p2和I2之间的距离，L0是I2和O之间的距离，f0是投影光栅沿x轴的空间载波频率。所有这些参数如图1所示。
但是由于实际CCD的输出光强度和输入光强度之间的非线性关系，通过CCD相机观察到的变形条纹光强度可以表示如下：
（5）
其中e0，e1和egamma;是每个阶的比例因子，gamma;ge;2，gamma;是整数。假设h（x，y）= 0，来自CCD的输出变形条纹光强度可以表示为：
（6）
当将快速傅里叶变换应用于等式（5），其光谱如下：
.................................................. ............................（7）
可以看出，不仅产生零级光谱Q0（fx，fy）和一阶光谱..................而且产生较高的gamma;-通过pi;相移技术可以消除后期光谱的背景效应和零级光谱。由于......，可以在gamma;阶光谱和一阶光谱之间产生光谱重叠，从而影响对象高度信息和相位信息的重建。
由于CCD由排列整齐排列的多个小像素构成，所以像素的形状通常为矩形，其表达式为rect（......），...和.....表示大小沿着x轴和y轴的方向上的像素。像素的信号强度是由梳状函数采样的CCD的像素和输出失真条纹的卷积，并且离散的变形条纹图案如下获得：
.................................................. （8）
其中...和...分别是沿着x轴和y轴的方向的串采样间隔，..............是采样频率.....是采样频率与光栅基频之比，m是正整数。快速傅立叶变换应用于方程（8），其光谱如下：
.................................................. ..........................（9）
其中......是......的傅立叶变换频谱，k是频谱周期的阶数。因此，为了防止采样频率引起的频谱重叠，不仅要保证在同一频谱周期性的分离，还要确保一阶光谱分量与其他高阶光谱分量之间的分离，也就是说说...... ......而由采样造成的，必须互相分离。
根据参考文献的讨论。 ，变形条纹光强度的采样频率必须满足mgt; 4。这样，一阶光谱分量可以与其他高阶光谱分量分离，以便准确地重建物体的表面形状。
3.计算机仿真和实验结果
为了验证基本原理分析的正确性，使用计算机模拟和实际实验来验证频率分布的影响
3.1。计算机模拟结果
假设测量系统的几何结构参数为d = 300mm，L0 = 900mm，则投影光栅的空间载波周期为T0 = 10mm，也就是空载波频率为f0 = 0.1 / mm。假设来自理想CCD的输出变形条纹光强度为.............，其中............模拟对象为h = 10sin（x / 15），x的范围为0〜360，x轴和y轴的单位分别为像素和毫米，h的最大值为10 mm。
假设当CCD不存在非线性效应时，输出变形条纹光强度为I1（x，y）= I（x，y）），那就是.............当CCD分别存在两阶和三阶非线性效应时，I1（x，y），I2（x，y）和I3（x，y） ）如图1所示。针对上述线性，二阶非线性和三阶非线性三种条件下的输出变形条纹光强度，当y轴固定时，傅立叶变换沿x轴实现，x轴上的光谱的变形条纹光强度如图1所示。三个条件下重构对象与模拟对象之间的误差如图1所示。
可以看出，如果CCD没有非线性效应，则只存在包含对象的高度信息的一阶光谱分量，并且不存在重叠现象。如果CCD具有非线性效应，则它将在光谱域中产生与一阶光谱混合在一起的高阶光谱分量，并且具有更大的误差。
3.2。实验结果
为了验证上述基本原理分析的正确性，图像投影仪和CCD用于测量最大和平均绝对值分别为55.13 mm和36.24 mm的动物面罩。简单实验设备的示意图如图1所示。在实际实验中，测量系统的几何结构参数为d = 400 mm，Lo = 900 mm，投影光栅的空间载波周期为T0 = 17 mm。一种PLUSU3-880型号图像放映机，功率为800times;600，用于生产具有512times;512像素的面罩的边缘。投影机和CCD必须具有一定的角度，CCD轴垂直于参考平面。沿着投影轴方向的角度，可以通过CCD获得条纹。
采样被实现为变形边缘。采样后m = 2.1333时采样频率满足采样条件mgt; 4，频谱如图1所示。如图4（a）所示，可以看出，一阶光谱分量和其他高阶光谱分量已经混合在一起。采样后m = 8.5333时采样频率满足采样条件mgt; 4，频谱如图所示。如图4（b）所示，可以看出，一阶光谱分量和其他高阶光谱分量可以更好地分离。 重建的高度误差是重建高度信息与理想高度信息之间的差异。根据方程式（4）中，可以从理想的相位信息中获得理想的高度信息，后者可以通过使用十八步移相法获得。当采样条件满足m = 2.1333，m = 8.5333分别列于表1中。从表1可以看出，当采样条件满足mgt; 4而不满意条件时，误差更小。
4．结论
本文从理论上分析了CCD非线性对傅里叶变换分析中频谱分布的影响。 由于CCD非线性，讨论了高阶光谱成分的产生原因，并分析了一阶光谱与高阶光谱之间的光谱重叠关系，给出了其分离条件。 计算机仿真和实验结果验证了基本原理分析的正确性。
He-Ne激光辐照对高羊茅幼苗耐盐性响应的调控及作用机理
中文摘要
盐胁迫是影响全球农作物和其它植物生长发育及其品质产量的常见的环境胁迫因子之一。环境的盐渍化污染往往导致农业耕地土壤品质退化，土壤物化特性改变，土壤疏松程度和多孔性性状降低。盐渍化的土壤环境不仅难以为植物提供充足的水分和氧气，而且，也使大量毒性离子（如钠离子、氯离子等）在植物细胞内高度积累，这样，
必然会对植物生长造成毒害作用，最终导致农作物产量下降。
本研究选取生长发育状态良好的13日龄的高羊茅幼苗为生物材料，分别经盐胁迫（添加半致死浓度的氯化钠，N）和He-Ne激光（lambda;=632.8nm，光斑直径d=100.0mm，辐照剂量5.0m W·mm-2）辐照，或外源硝普钠SNP（NO供体）处理，或普通冷白光照射等的复合处理（即分别为N H，N S，N W处理组）后，研究了He-Ne激光辐照对幼，苗早期发育阶段抗盐性能和响应行为的影响，探讨了激光对植物耐盐性响应和代谢的诱导效应，并利用SNP处理和普通冷白光照射作为对照组进一步进行了功能验证。通过琼脂糖凝胶电泳、生物微量检测仪和核基因组DNA Apopladder 分析技术检测激光辐照对幼苗核基因结构与功能损伤的保护效应；通过傅立叶变换红外光谱仪、紫外吸收光谱仪、激光共聚焦扫描显微镜分析系统等技术对植物细胞壁多糖的物化特性和生物学活性进行分析检测，以期揭示He-Ne激光辐照调控高羊茅幼苗耐盐性响应的物理化学机理或分子机制。
主要研究结果如下：
（1）一定程度的盐胁迫处理会导致高羊茅幼苗早期生长发育受抑，植株表观表型发育异常，叶片变窄变细，颜色发黄或呈棕黄，主根系变粗变短，侧根较发达，生物量骤减，生长速率缓慢等。然而，采用 He-Ne 激光辐照处理后，可以明显缓解植株生长发育迟缓的状态，幼苗的表型和叶片颜色逐渐接近正常对照组植株，因此，我们认为适宜剂量和辐照时间的 He-Ne 激光处理在一定程度上能诱导植物体对盐胁迫生长环境表现出耐盐性响应行为。
（2）通过设置外源硝普钠（SNP）处理组（作为 NO 供体，阳性对照组）和普通冷白光照射处理组（阴性对照组）作为对照处理，比较了各处理组中幼苗的生长状态、表型变化和农艺学性状等参数指标，结果进一步表明 He-Ne 激光辐照对盐胁迫植物幼苗生长发育具有积极的生物学效应。
（3）He-Ne 激光辐照可以促进植物细胞外 Ca2 发生内流，使得细胞质中 Ca2 分布浓度明显升高，这样当 Ca2 与钙调蛋白（Ca M）结合后，继而激活了胞内一氧化氮合酶（NOS）的催化活性，促进了内源一氧化氮（NO）分子的合成和释放；NO 信号分子通过特定的信号转导途径，进一步启动和激活了植物细胞内的抗氧化防御体系，即增强了抗氧化物的合成和抗氧化物酶的催化活性，这样，就可以分解胞内超量积累的活性氧（ROS）产物，避免或降低了盐胁迫对植物细胞造成的氧化胁迫和氧化损伤。
（4）He-Ne 激光辐照也可以使部分抗氧化物酶基因（包括 Cu/Zn SOD，POD，CAT，APX，GR）的转录和表达上调，这些被激活的抗氧化物酶也有利于清除多余的 ROS 产物，从而缓解盐胁迫导致的氧化胁迫。我们还发现，激光辐照也使植物细胞的光受体—光敏色素 B（即 PHYB）基因表达发生上调，那么phy B 与 He-Ne 激光辐照诱导的植物耐盐性响应是否有联系，或 phy B 是否参与此过程的调控有待进一步深入研究探讨。
（5）盐胁迫处理抑制高羊茅植物生长发育的另一原因是造成了胞内大量毒性离子（如 Na 和 Cl-）的分布和积累，引起了离子毒性效应。而 He-Ne 激光辐照可以激活质膜上的 PM H -ATPase 和囊泡膜上的 V-型质子泵的催化活性，介导质子在膜两侧形成了一定的质子电化学梯度，进而驱动了 Na /Cl-/K 等阴、阳离子的运输过程，降低了胞内毒性离子（Na /Cl-）的毒害作用，有效缓解了盐胁迫对植物生长发育的抑制效应。
（6）盐胁迫处理后，高羊茅叶片出现显著的细胞死亡现象，根系组织中则同时表现出了明显的细胞死亡和细胞凋亡两种情况。台盼兰染色法结果显示，与正常对照组和单独激光辐照处理组相比较，盐胁迫幼苗叶片和根系细胞活力明显降低，而 He-Ne 激光辐照处理进一步提高了盐胁迫幼苗的细胞活力。通过流式细胞技术检测线粒体膜电位的变化，结合 Annexin-V-FITC 和碘化丙啶 PI 双标染色分析发现，盐胁迫导致根系组织发生了细胞凋亡和细胞死亡，而叶片组织仅仅检测到明显的细胞死亡现象，细胞凋亡频率极低。推测其原因可能是根系直接与含有盐分的营养液接触导致根细胞毒性离子积累更严重，细胞活力受抑更加明显；但根系通常较叶片表现出更强的耐逆性，所以，根系组织细胞出现了细胞凋亡现象，而叶组织细胞中只出现细胞死亡，几乎没有细胞凋亡的发生。He-Ne 激光辐照均可以有效缓解根系和叶片中的细胞凋亡和细胞死亡现象的发生，说明激光可以诱导植
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