基于多视场狭缝的高效信息获取光谱成像系统

视频光谱成像技术是目前遥感探测发展的一个重要方向,可以实现4维信息获取(两维空间+光谱+时间),对于动态目标探测等应用场景有十分重要的意义。目前的技术手段是以滤光片方式为主,不具备光栅作为分光元件时的高光谱分辨率优势。基于此,提出了非耦合狭缝阵列扫描光谱成像(uSASHI)和编码狭缝阵列扫描光谱成像(cSASHI)系统,通过增加狭缝数目的方式,实现同一时刻多个视场信息的获取,极大地提升信息获取效率。uSASHI的每个狭缝获取信息之间不会耦合,n条狭缝可以实现n倍的信息获取效率的提升,cSASHI的狭缝按照压缩感知理论排列,可以实现欠采样条件下(采样率α≤1)视频光谱成像,信息获取效率可以提升n/α倍。本文设计的系统最终实现了1024*496*30的光谱数据立方体10 Hz视频光谱成像方式,cSASH实现了更高帧频。所提系统为视频光谱成像技术提供了新的方向,为未来动态目标探测等应用打下了基础。

基于激光诱导离解光谱技术的元素识别方法

阐述了激光诱导离解光谱技术的工作原理,论述了激光诱导离解光谱技术的元素识别过程,分析了元素识别误差存在的原因,有针对性地提出了基于标准样品原子谱线的元素识别方法,建立了一套激光诱导离解光谱探测试验系统,对标准样品和待测样品进行了相关试验,试验结果证明了基于标准样品的元素识别方法的可行性和识别优势.

激光诱导等离子体光谱技术应用于月球探测的可行性研究

阐述了激光诱导等离子体光谱技术的物理机制,分析了气压影响激光诱导等离子体光谱探测的机制和规律,建立了低气压环境下进行激光诱导等离子体光谱探测的试验装置,开展了不同等级低气压环境下的试验研究,通过试验数据具体量化了气压对激光诱导等离子体光谱探测的影响,进而论证了激光诱导等离子体光谱技术应用于月球探测的可行性.

基于激光诱导离解光谱的物质成分分析技术

阐述了激光诱导离解光谱分析技术的工作机理。基于Nd∶YAG激光器和CCD器件多通道光栅光谱仪,建立了一套激光诱导离解光谱探测实验装置,针对激光脉冲能量,延迟探测时间,周围气体压强对LIBS探测性能的影响开展了相应的实验研究,实验结果证明:在较低脉冲能量下也可以获得原子光谱信号;适当调节延迟探测时间可以获得最佳的探测信噪比,某些样品几乎不辐射出强的背景连续谱,可以省去延迟探测;在5×10-5Pa的低压条件下仍然可以获得信噪比较高的原子光谱信号,但信号的强度与大气气压相比明显变小;通过对低压样品室中高纯度样品的探测分析获取标准原子谱线,与未知样品的原子谱线比较以消除系统识别误差,从而准确识别出未知样品中的组成元素。

基于光栅光谱仪的激光诱导等离子体光谱探测技术研究

本文利用光栅光谱仪对铝样品和二氧化硅样品的激光诱导等离子体光谱进行了探测。获取了有效的实验数据,实验结果证明了利用光栅光谱仪和非增强型CCD能够实现被测样品的激光诱导离解光谱探测,对LIBS探测技术在国内的相关实用化研究具有一定的借鉴意义。

机载红外天然气管道泄漏监测技术研究

进入21世纪后,我国的天然气消耗量飞速上升,目前国内输气管道总长度已经达到2.4万公里,预计2010年底将达到3.6万公里。如此绵长的输气管道,随着管道设施的老化、地质结构的变化、地质灾害的发生,天然气的泄漏在所难免。通常天然气管道的泄漏量一般大约要占输气总量的10%。天然气管道泄漏对经济发展、大气环境和社会安全带来了负面影响,因此必须积极开展各种天然气管道泄漏监测技术的研究。本文首先介绍了国内外基于机载平台的天然气管道泄漏监测技术的研究现状,然后阐述了两种主要机载天然气监测技术的工作原理,在分析比较两种技术优缺点的基础上,提出了适合我国国情的机载天然气管道泄漏监测的技术方案,并报道了与此方案相关的基础性研究内容。

短波红外Hadmard变换高光谱成像技术研究

Hadmard变换成像光谱技术基于Hadmard变换光学基本原理,采用线阵探测器件实现高光谱成像,多通道探测优势使其在一定条件下可以获得与推帚式高光谱成像相当水平的探测信噪比。本文在阐述Hadmard变换成像光谱技术基本原理的基础上,通过类比光机扫描成像和推帚式成像,论证了Hadmard变换成像光谱技术的探测信噪比优势,设计了一套基于线阵短波红外器件、DMD芯片和双Offner光栅光谱仪系统的高光谱成像光谱仪,并简要论证了其工程可行性。

一种利用Michelson-Morley动态干涉仪技术的多普勒调制器

介绍了一种利用 Michelson-Morley动态干涉仪技术的光调制器,其工作原理完全区别于传统的斩波器调制技术.利用被测样品自身运动产生的多普勒频移在干涉仪光路中造成的干涉场的交替变化,作为调制频率来实现主动的先调制,使被测目标区别于光线路径上一切静止的光学元件和背景,极大的改善了微弱信号探测的信噪比,从而实现了传统光调制技术所不能克服的光学“淹没”噪声测量。

基于小波变换的海洋热红外遥感图像平滑方法研究

基于目前国内红外扫描仪利用高低温黑体板进行辐射定标的工作机理,分析了海洋热红外图像灰度起伏的原因,结合扫描行数据的自身特征和小波滤波的特点及优势,利用小波变换对红外扫描仪获取的海洋热红外图像进行了平滑处理,取得了预期效果。

Hadamard变换成像光谱技术

本文介绍了一种基于Hadamard变换的成像光谱技术。阐述了Hadamard变换成像光谱技术的多通道探测原理,列举了Hadamard变换成像光谱技术的新发展,论证了Hadamard变换成像光谱技术应用在遥感领域的可行性,分析比较了Hadamard变换、光机扫描和推帚式成像光谱仪的探测信噪比。

地面成像光谱辐射测量系统及其应用

系统介绍了自主研制的基于制冷面阵CCD地面成像光谱辐射测量系统(field Imaging spectrometer system,FISS)的成像原理,结构设计,主要指标参数和数据处理流程等。利用室内布设的精确标志点和野外测量数据纠正了FISS系统几何畸变;利用自行开发的光谱定标软件对FISS系统进行波长定标,确定了各通道中心波长和全波半高宽;在室内,以积分球为光源,对FISS系统逐波段进行了绝对辐射定标,定标精度优于5%,并建立了各种测量条件下绝对辐射定标系数查找表;最后,利用FISS系统样机进行了大量室内和野外测量实验,并基于获取的部分数据做了作物-杂草识别、近海岸海洋环境试验、牛奶品种识别和植物生化参量反演等研究。研究结果表明,FISS系统能够成功地用于上述领域的研究,并在地质、食品、农业、林业和城市等领域也具有强大的应用潜力。

基于高精度端元的混合像元线性分解模型研究

从理论上阐述了混合像元的产生机理和混合像元线性分解模型,研制了一套地面成像光谱实验系统,直接获取了高精度的端元光谱数据,通过像元合并的方式构造混合像元,针对不同丰度的非立体空间混合像元端元,分析了根据线性分解模型加权计算得到的光谱与实际混合光谱的误差,进而论证了线性分解模型的精度.

基于轻小型无人直升机平台的高光谱遥感成像系统

设计并实现了一套基于轻小型直升无人机的高光谱遥感成像系统。该系统包括高光谱成像,采集存储,姿态和位置测量及地面监视控制等部分。在烟台和扬州分别进行了两次飞行实验,获取了高分辨率的高光谱数据。分析了该系统在无人机平台上工作的性能。对实验数据分析后,发现平台姿态和位置的变化对地物目标的光谱信息无明显的影响,但对几何特性有明显影响,实验中平台的振动导致图像在横向有4个像元的抖动。最后利用POS数据对图像数据进行了几何校正,并分析了校正误差的来源。

定标黑体的温度稳定性对热成像的影响分析

定标黑体是红外扫描仪的重要组成部分,其性能的好坏会影响到红外成像的质量。以某次遥感飞行获取的海表热红外图像中出现明暗条纹的现象为例,分析了定标黑体的温度不稳定性对热红外成像的影响,主要是由于扫描仪中用于箝位的低温黑体控温精度低。针对该明暗条纹消除方法,介绍了常规的基于图像处理的“Laplacian噪声消除法,”并提出了一种新的解决方法“恒定参考源法,”通过对比这两种方法,认为在难以保证黑体控温精度的情况下,关闭黑体的温控功能是一种更好的解决方法,对于红外扫描仪的遥感应用具有一定的指导意义。

轻小型面阵摆扫热红外成像系统研究

研制了一套轻小型面阵摆扫热红外成像系统,采用面阵探测器并结合系统光学元件在翼展方向的摆扫实现了宽视场、高分辨率成像,利用环架反向补偿纠正了横滚姿态扰动导致的视场偏移。通过功能验证试验,获取了视场无偏移的宽视场高分辨率图像。系统光机结构简单,体积、重量优势明显,在轻小型无人机热红外遥感方面应用前景广阔。研究成果对推动无人机载热成像技术向宽视场、高分辨率方向发展具有一定的参考价值。

高分辨力成像光谱仪光谱定标研究

高光谱分辨力是未来成像光谱仪发展的必然趋势。而传统的基于单色仪的光谱定标为了让单色仪输出足够光强,使得定标光源带宽与成像光谱仪的光谱通道带宽变得很接近,会显著影响定标精度。本文从理论上定量分析了定标光源带宽对定标精度的影响机制,提出了通过反卷积计算法和多像元合并法来修正定标光源带宽对光谱定标的影响。最后,通过不同带宽的定标光源对仪器进行光谱定标,并使用上述两种方法进行修正,得到的光谱分辨力精度均优于0.2 nm,达到了定标系统的精度,验证了方法的可行性。

激光诱导现场探测月壤成分的可行性分析

为了验证激光诱导离解光谱技术在月球环境条件下月壤成分现场探测的可行性,设计了一套实验模拟装置,以合成月壤样品为检测目标,Nd:YAG激光器为光源,线列CCD光栅光谱仪为光谱的采集系统,真空罐模拟月球气压环境。用高纯度Fe2O3,Al2O3作为标准参考光谱样品提高识别精度。实验结果说明在模拟环境下利用激光诱导探测手段能够采集到样品的原子发射光谱,并完全可以定性识别物质中含有的成分。

一种适于直升机平台的天然气管道泄漏监测技术

针对我国日益凸显的天然气管道泄漏监测的实际需求,提出了一种适于直升机平台的基于近红外波长调制吸收光谱的天然气管道泄漏监测技术,阐述了该技术的基本原理,论证了该技术对直升机平台的工程适用性,研制了一套室外试验研究平台,利用试验数据证明了该技术的工程可行性.

双通道成像光谱仪共用离轴三反射光学系统的设计

提出了一种双通道共用一个主光学的推帚式高光谱成像仪光学系统,该系统由离轴三反射主光学系统、狭缝、准直镜及分色镜、可见近红外光谱仪后光学和短波红外光谱仪后光学组成,设计中采用双通道共用离轴三反射主光学系统,不仅满足了成像仪大视场、宽谱段的要求,而且提高了系统的光学效率,使系统结构更加紧凑,双通道光谱仪均采用棱镜-全息透射光栅-棱镜分光组件分光,实现了宽光谱分光,提高了衍射效率,系统实现光谱范围覆盖450～2500nm,全视场达23.9°。

实用化机载天然气管道泄漏监测红外激光雷达

针对日益严重的天然气管道泄漏问题,研制了一台基于吸收光谱技术的实用化机载天然气管道泄漏监测红外激光雷达.介绍了该仪器的工作原理,论述了该仪器的系统构成、设计方法,探讨了高精度激光稳频,实时定标系统等关键技术.地面试验和机载试验数据的分析结果证明了该仪器的工程实用性.