5、辐射、照明与成像光学知识详解

辐射、照明与成像光学知识详解

1. 辐射与荧光应用

在生化领域，荧光有着广泛的应用。比如对肌肉纤维中钙离子浓度的成像，以及使用不同类型的荧光染料标记染色体或基因序列的特定部分，得到的是多光谱共聚焦显微镜图像，这些图像编码了染色体内不同的区域。
荧光染料在流体动力学中也可作为示踪剂来可视化流动模式。结合适当的化学示踪剂，荧光强度会根据示踪剂的相对浓度而改变。像氧气这类分子，在碰撞时能高效地使激发态失活而不发生辐射转移，这个过程被称为荧光猝灭。通过对这类图像中荧光强度的定量分析，除了可以了解流场情况，还能直接测量痕量气体的浓度。

2. 照明技术

为了利用辐射源可视化物体的物理特性，搭建合适的照明系统时，需要考虑照明源的辐射特性，如光谱特性、强度分布、辐射效率和发光效能等。同时，实际应用中还需谨慎选择光源的电气特性、时间特性和封装尺寸。
照明的方式多种多样，不同的照明设置适用于不同的计算机视觉应用，合适的照明设置在很多情况下能让感兴趣的特征更易显现，提升图像质量，进而提高计算机视觉算法的性能和可靠性。以下是几种常见的照明方式：
- 定向照明 ：使用平行光或点光源发出的光来照亮物体，这是最简单的照明类型。对于哑光（朗伯）表面，其辐照度取决于光线的入射角，可用于确定表面相对于照明方向的倾斜度，但在物体边缘会产生阴影，可能与物体边界混淆。对于镜面反射表面，定向照明不太合适，因为不满足反射条件的点会呈现黑色，只有满足条件的点会有镜面反射。大多数表面是朗伯表面和镜面反射的混合，物体表面会出现高光，可能被误认为是表面结构或物体边缘，且这些区域可能过曝而丢失结构信息，但高光的位置能用于确定表面法线方向，对场景的三维重建有重要意义