偏振方法可获得复杂介质光学性质和微观结构的丰富信息，具有无标记、无损伤、跨尺度、多模态和定量等特点，可用于复杂样本定量表征、细致分类和动态测量。本书介绍基于弹性散射的偏振光学测量方法，及其在复杂样本测量特别是生物医学诊断等领域的应用。主要内容包括：生物组织的偏振散射模型，偏振光在散射介质中传播的基本规律与模拟，光的偏振态与介质偏振光学特性测量，复杂样本微观结构的偏振表征与偏振特征提取，偏振光散射与成像方法在生物医学和海洋、大气观测等领域的潜在应用。
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“偏振成像探测技术学术丛书”序
前言
第1章 偏振与简单体系缪勒矩阵 1
1.1 光的偏振 1
1.2 光的偏振态表征 2
1.2.1 纯偏振态表示-琼斯向量 2
1.2.2 一般偏振态表示-斯托克斯向量 3
1.2.3 图像表示 6
1.3 介质对偏振态变换的表征 7
1.3.1 琼斯矩阵 7
1.3.2 缪勒矩阵 9
1.3.3 转换关系 10
1.4 简单体系的缪勒矩阵 11
1.4.1 纯相位延迟 12
1.4.2 纯二向色性 13
1.4.3 退偏 14
1.4.4 起偏 15
1.4.5 常用偏振器件的缪勒矩阵 16
参考文献 18
第2章 光的散射、模拟和散射体系缪勒矩阵 20
2.1 光的散射与传播理论 20
2.1.1 辐射传输理论 20
2.1.2 漫射近似方法 21
2.1.3 随机模型方法 22
2.2 单粒子的偏振光散射理论与计算 23
2.2.1 球粒子散射 23
2.2.2 柱粒子散射 26
2.2.3 非规则粒子散射计算 31
2.3 偏振光散射的蒙特卡罗模拟计算过程 37
2.3.1 模拟计算的基本概念 37
2.3.2 模拟程序设计 39
2.3.3 随机变量的取样 41
2.3.4 坐标系的选取 42
2.3.5 光子状态的初始化和光子移动 43
2.3.6 光子的吸收 44
2.3.7 光子的散射 45
2.3.8 介质表面反射和折射及分层介质的分界面处理 50
2.3.9 光子探测和记录 53
2.4 蒙特卡罗模拟结果处理 54
2.5 蒙特卡罗计算程序验证 57
2.5.1 纯球体系中的偏振模拟验证 57
2.5.2 纯柱体系中非偏振散射的验证 58
2.6 模拟计算中双折射模块的实现及其验证 58
2.6.1 双折射模拟计算 58
2.6.2 双折射计算程序验证 60
2.7 旋光效应 61
2.7.1 蒙特卡罗模拟方法中旋光模块的实现 61
2.7.2 蒙特卡罗模拟方法中旋光模块的实验验证 62
2.8 生物组织散射体系模型与模拟 63
2.8.1 仅包含球散射粒子的介质缪勒矩阵模拟规律 63
2.8.2 包含柱散射粒子的介质模型模拟规律 68
2.8.3 生物组织偏振光散射模型模拟及相关实验对照 82
2.8.4 骨骼肌球-柱双折射模型及其实验验证 89
2.8.5 血液模型及其实验验证 91
2.9 散射体系的缪勒矩阵 93
2.9.1 散射体系缪勒矩阵研究的基本装置和仿体 93
2.9.2 球-柱散射体系背向缪勒矩阵的实验与模拟特征 97
2.10 缪勒矩阵提取参数的空间分布特征 105
2.10.1 球-柱散射体系偏振度参数 106
2.10.2 球-柱散射体系缪勒矩阵分解参数 108
2.10.3 球-柱散射体系缪勒矩阵变换参数 110
2.11分 层散射介质的缪勒矩阵 113
2.11.1 柱散射与双折射介质分层体系 113
2.11.2 多层双折射介质快轴方位分析 114
参考文献 120
第3章 偏振测量理论 122
3.1 偏振测量的基本理论 122
3.1.1 斯托克斯向量的测量理论 122
3.1.2 缪勒矩阵的测量理论 123
3.1.3 斯托克斯向量和缪勒矩阵的测量理论的统一形式 124
3.1.4 偏振成像系统中测量理论的修正：等效仪器矩阵 127
3.2 偏振测量的调制方法与器件 128
3.2.1 非同时性偏振调制器件(时间调制器件) 128
3.2.2 同时性偏振调制器件 136
3.2.3 偏振测量的三个维度 140
3.3 偏振测量与参考坐标系的选取 141
3.3.1 偏振量随参考坐标系的旋转 141
3.3.2 背向测量坐标系定义原则 142
参考文献 143
第4章 偏振测量系统 146
4.1 偏振测量系统的误差及其传递规律 146
4.1.1 基本的误差传递规律 146
4.1.2 仅考虑部分误差时的误差传递规律 149
4.2 偏振测量系统的优化 150
4.2.1 偏振测量系统优化设计的基础 150
4.2.2 考虑光强误差时的系统优化 150
4.2.3 考虑仪器矩阵误差时的系统优化 166
4.3 偏振测量系统的降噪 171
4.3.1 光强随机误差 171
4.3.2 光强随机误差的降噪 173
4.4 偏振测量系统的校准 174
4.4.1 偏振测量系统校准的意义 174
4.4.2 偏振元件系统误差的校准 176
4.4.3 系统误差校准方法的对比 187
4.4.4 非偏振元件偏振残差的校准 196
4.5 偏振测量装置 202
4.5.1 基于GRIN lens的斯托克斯向量测量仪 202
4.5.2 基于4QD的斯托克斯向量测量仪 205
4.5.3 基于双波片旋转的透射式缪勒矩阵显微镜 208
4.5.4 基于单偏振相机的透射式3.4缪勒矩阵显微镜 210
4.5.5 基于双偏振相机的透射式快速缪勒矩阵显微镜 212
4.5.6 基于双波片旋转的反射式缪勒矩阵显微镜 217
参考文献 223
第5章 偏振特征量 226
5.1 缪勒矩阵分解 227
5.1.1 Lu-Chipman极分解 229
5.1.2 微分分解和对数分解 230
5.1.3 克劳德分解 237
5.2 缪勒矩阵变换 238
5.2.1 缪勒矩阵变换理论 238
5.2.2 缪勒矩阵转动不变量 241
5.2.3 缪勒矩阵角度量 257
5.3 缪勒矩阵对称性 264
5.3.1 缪勒矩阵对称性破坏的原因 266
5.3.2 判断缪勒矩阵对称性破坏的偏振指标 272
参考文献 273
第6章 全偏振成像应用 277
6.1 病理组织成像 277
6.1.1 皮肤癌组织成像 281
6.1.2 甲状腺癌组织成像 288
6.1.3 宫颈鳞状上皮癌组织成像 293
6.1.4 纤维化组织与偏振染色 301
6.1.5 乳腺癌组织成像 306
6.1.6 炎症性肠病组织成像 318
6.1.7 大数据分析方法用于病理组织缪勒矩阵信息提取 328
6.2 厚组织及在体成像 333
6.2.1 皮肤紫外线损伤过程的定量监测 333
6.2.2 骨骼肌水解过程的定量检测 342
6.3 本章小结 352
参考文献 353
第7章 全偏振检测应用 358
7.1 大气颗粒物分析中的偏振光散射技术与方法 358
7.1.1 大气颗粒物偏振散射测量仪器 358
7.1.2 系统校准 360
7.1.3 大气颗粒物的光学属性建模和仿真 361
7.1.4 大气颗粒物特定属性下的偏振表征指标 367
7.1.5 大气颗粒物的偏振数据谱系及其应用 373
7.2 水体颗粒物分析中的偏振散射测量技术与应用 379
7.2.1 悬浮颗粒120°全斯托克斯测量装置 380
7.2.2 偏振散射用于表征蓝藻细胞的伪空胞状态 381
7.2.3 偏振散射用于表征海洋微藻吸附微纳塑料 384
7.2.4 样机的制备与应用 388
参考文献 395
京公网安备 11010102004214号