湖北省工程技术研究中心:光谱与成像仪器工程技术研究中心

  • 发布时间:[2016-10-16] 来源:[学院] 点击量:[6666]

        湖北省光谱与成像仪器工程技术研究中心组建于2003年,隶属湖北省科技厅。中心以武汉大学、中国地质大学(武汉)为依托单位,融合两所学校在电子信息、化学与分子、生命科学、环境科学、医学、水利电力等领域的学科优势,为新型高档科学仪器的研究、开发、设计与制造创建一个多学科交融的高水平学术研究与交流平台,并形成一个科学仪器领域知识创新研究与高新技术产品开发和产业化基地。

        中心现有固定研发人员25人,其中教授10人,副教授8人,讲师及其他7人,其中23人具有博士学位。中心独立办公实验面积1500平方米,拥有各类大型仪器20余台套,包括傅立叶红外光谱仪,光谱成像分析仪,各种显微镜,X射线能谱仪等,固定资产3000余万元。

        中心在测试测量技术与仪器,精密仪器与机械,检测技术与自动化装置等学科已形成自己的特色,在水利电力监测、测绘计量、生物传感与信息检测技术、显微图像分析技术等领域在国内具有较高知名度,其中在新型光谱分光器件研制、红外光谱探测方法的研究上处于国际先进水平。

        近年来,中心在国家科技部、省科技厅、中国分析测试协会、中国仪器仪表学会、湖北省仪器仪表协会等单位的大力支持下,发展势头喜人,已成为国内重要的光谱与成像仪器研发基地。目前已承担了国家重大科技研究项目及一些重要领域重大工程项目20余项,包括973、863、十五科技攻关、民用航天、国家自然科学基金等课题。注重理论研究的同时,也积极推进技术的工程化应用研究,有一批研究成果已经服务于社会,受到了社会的高度赞扬。如扫描电镜联机图像分析系统、宫颈癌早期诊断仪、数字长江河道地形成像系统等。

        中心发展思路是:充分利用“中国光谷·武汉”的发展机遇,以光谱与成像类仪器为主线,以多光谱显微成像仪器为突破口,内聚外联,走上产、学、研结合的良性循环发展道路。中期目标是成为我省的科学仪器研究开发基地、产业化基地、行业技术服务中心,远期目标是建设成为国家级的光谱与成像仪器工程技术研究中心。

中心主要研究方向:

        目前中心的研究开发方向主要有新型光谱分光器件、红外光谱探测技术、超声成像测量、显微图像分析、图像测量与机器视觉等。

        新型光谱分光器件:关键分光器件是我国高端光谱分析仪器的技术瓶颈之一。中心致力于无运动部件、高可靠性、高光谱分辨率、高速光谱扫描分光器件的研制,成功研制了国内第一个液晶可调谐滤光器,国内首个高分辨成像型声光可调谐滤光器模块,其对于我国光谱成像探测仪器的发展具有十分重要的意义。

        红外光谱探测技术重点围绕傅立叶变换红外光谱仪、阿达玛变换红外光谱仪核心技术进行攻关。目前,高端红外光谱仪主要以傅立叶变换红外光谱仪为主,市场需求巨大,而国内却基本上依赖于进口。近年来,中心在傅立叶变换红外光谱仪和阿达玛变换红外光谱仪的研制上取得重大突破,傅立叶红外光谱仪已经开始进行小试生产,阿达玛变换红外光谱仪已经推向市场。

        超声成像测量运用超声探测手段及影像分析技术,实现目标的三维空间信息快速获取及感兴趣目标的精确定位。中心是国内最早开展超声水流测试技术研究的单位之一,研制出的用于河工模型测量的超声水下地形仪,填补了国内该领域的空白,产品销往国外。在国家重大水利研究工程“数字长江”实验室,中心研制的河道超声三维地形仪得到了成功应用,该技术达到国内先进水平。

        显微图像分析:中心致力于电子显微镜联机图像分析系统的研制,以及显微光谱成像技术的应用研究。中心研制的扫描电镜联机图像分析系统、透射电镜联机图像分析系统深受欢迎,在国内市场占有量最大。在显微光谱成像的应用研究上,将光谱成像分析方法引入到宫颈癌筛查、石油、生物材料荧光分析当中,取得了一些开创性成果,其中DNA宫颈癌筛查仪已经应用于临床检验,在国内同类仪器中,性能最高、市场占有量最大。

        图像测量与机器视觉:重点研究目标光学影像的获取、机器视觉方法研究、空间信息的自动提取与分析等。中心承担完成了多项国防空间探测方面的课题;同时,还完成了钢板/板坯几何尺寸在线自动测量系统、铁路货车超限测量与装载状态监测系统等,并在国内冶金、交通部门和企业得到推广;车载3S(GPS、GIS、RS)集成系统已跻身国际四大车载3S集成系统行列
 

代表性研究成果简介:

        1、新型分光器件声光可调谐滤光器的研究

        光谱仪器最核心的部件是分光器件,传统的光栅扫描型光谱仪或傅立叶变换光谱仪由于存在机械运动部件,存在着扫描速度慢、抗震性能差等问题,中心采用声光晶体作为滤光器件,研制出国内第一个高分辨成像型声光可调谐滤光器(AOTF)模块。该模块无机械运动部件,体积小巧,光谱扫描速度快,光谱分辨率高,抗震能力极强,为新型光谱仪及成像光谱仪的研制开辟了一条新的途径。

         AOTF原理图                              AOTF器件                               AOTF模块

        2、傅立叶变换红外光谱仪

        在国家“十五”攻关项目“傅立叶红外与拉曼光谱仪器的研制与开发”的资助下,攻克了傅立叶变换红外光谱仪设计的关键技术,成功研制出了傅立叶变换红外光谱仪和拉曼光谱仪。研制出的傅立叶红外光谱仪抗震性能好、防潮性能出色,在主要性能指标上达到或者接近国际专业中红外光谱仪器的技术水平。

   

已研制出的台式傅立叶变换红外光谱仪

已研制出的便携式傅立叶变换红外光谱仪

        3.阿达玛变换显微图像仪及红外光谱仪

        武汉大学从80年代起即开展了阿达玛变换光谱在分子光谱领域中的应用研究,先后研制出了单编码和双编码阿达玛变换光谱仪研究装置、阿达玛变换显微光谱图像分析仪。国内第一个阿达玛变换显微图像仪即诞生于武汉大学,受到了国家科委的高度评价。在国家“九五”攻关仪器专项的资助下,武汉大学成功研制出了HTMI-2000型高分辨阿达玛变换图像分析仪。

        在国家“十五”攻关项目“傅立叶红外与拉曼光谱仪器的研制与开发”的资助下,利用一维线阵数字微镜阵列作为光学模板研制出了阿达玛变换近红外光谱仪。该阿达玛变换红外光谱仪无运动部件,体积小巧,灵敏度高,目前,该仪器已由北京华夏科创仪器技术有限公司生产,同时被空军油料所选中作为飞机轻质燃料油的品质检测设备,通过了军用仪器所必需的一系列严苛的环境验。 

                      高分辨阿达玛变换显微图像分析仪                               阿达玛变换近红外光谱仪

        4、宫颈癌早期诊断DNA细胞图像分析仪

        宫颈癌是全球妇女中仅次于乳腺癌的恶性肿瘤之一,在发展中国家妇女中最常见。在我国,每年新发现的宫颈癌患者大约13万余人,占全球新发病例的1/3。近年来,年轻宫颈癌患者有明显上升趋势,发病率以2%-3%的速度增长,形式十分严峻。

 


 

宫颈癌早期诊断DNA细胞图像分析系统

        中心研制的宫颈癌早期诊断DNA细胞图像分析系统是国家科技部十五攻关高新技术成果,代表着世界先进水平。该系统适用于肿瘤早期诊断,是集制片、阅片及图文报告于一体的全自动检测仪,具有精确度高,可靠性,重复性好,全自动,操作简便,适用范围广等特点,广泛应用于肺、鼻咽、食管、胃、宫颈等肿瘤的早期诊断,同时还可进行防癌普查(如肺癌、宫颈癌)以及肿瘤治疗和预后的评估。系统的研制成功,为广大中国妇女带来了福音。目前,该系统已成为国内市场占有量最大的宫颈癌DNA早期筛查系统。

        5、便携式激光测距仪 
                                                                  

        激光测距仪由于其快速和非接触测量的特点,应用相当广泛。实验室开发的便携式激光测距仪旨在解决脉冲式激光测距仪体积较大,精度相对较低,功能比较单一的缺点,使用相位式激光测距原理实现 0~60m 短距离的非接触便携式快速测量,精度达到±2mm。

        它是以微处理器为主控模块,通过激光管发射出高频调制光束,分别经过内外光路系统,反射回来后由高灵敏度且响应速度快的光电探测器接收并解调。对携带相位信息的低频载波信号进行取样,结合相位检测算法来实现距离测量,提高了测距仪的整体测量精度。通过键盘开启测量功能操作,液晶模块显示输出测量结果,根据需要还可以直接将测量结果传给计算机。


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