运用GQFD的手持反射式太赫兹光谱探测器性能指标分析

在对手持反射式太赫兹光谱探测器性能指标分析过程中,通过爆炸物探测任务需求分析,采用界值法筛选了光谱分辨率、动态范围等8项性能指标,剔除了光谱获取率和快速扫描时间2项指标,运用灰关联分析的质量展开功能方法,建立任务需求与性能指标的质量屋模型。通过计算绝对权值与灰色综合关联矩阵,求解性能指标重要度排序,验证了方法的可行性和有效性。该方法减少了主观因素对权重计算的影响,提高了需求分析结果的可靠性,可为手持反射式太赫兹光谱探测器技术研发和决策提供有效支撑。

面向多类型土壤有机碳定量反演的天基高光谱探测参数研究

星载高光谱仪器的光谱通道以及光谱分辨率和信噪比等核心参数设置直接影响土壤有机碳定量反演精度。本研究开展了卫星载荷光谱分辨率、信噪比、光谱特征波段对不同土壤类型有机碳反演影响的研究,提出了基于大气传输模型、光谱分辨率分析模型、信噪比分析模型、特征波段的提取分析模型以及偏最小二乘回归反演模型的面向不同土壤类型有机碳监测的高光谱卫星“地面-大气-仪器-观测-反演”全链路仿真分析方法,实现了土壤类型、大气效应、仪器特性参数、反演方法的耦合影响分析。结果表明:①3种类型土壤有机碳反演的最佳光谱分辨率均在10~20 nm。②不同土壤类型对观测的信噪比需求不同。对于Phaeozem的有机碳监测,较另外两种土壤有更高的信噪比需求。③在不同特征波段提取分析方法下所需的最佳光谱分辨率和信噪比一致。不同类型土壤光谱数据提取出的特征波段不同,其中反演效果最佳的土壤类型为Chernozem,特征波段数为26个,R^(2)=0.8265,RMSE=3.4389 g/kg。④反演模型与仪器特性参数无耦合关系,同一类型土壤不同反演算法的最佳光谱分辨率和信噪比需求一致。⑤Chernozem有机碳最佳反演参数需求为光谱分辨率15 nm,信噪比大于506.66,特征波段提取数为26个;Kastanozem有机碳最佳反演参数需求为光谱分辨率17 nm,信噪比大于331.42,特征波段提取数为22个;Phaeozem有机碳最佳反演参数需求为光谱分辨率15 nm,信噪比大于432.51,特征波段提取数为19个。

多光谱探测与激光多光谱探测技术的进展

主要介绍了多光谱探测及激光多光谱探测技术的发展及现状,并着重探讨了激光多光谱扫描成像系统的关键技术与发展趋势。鉴于激光多光谱主动探测技术的优势,这项技术将在制导、目标识别、地形匹配及其它激光主动探测领域具有广泛的应用前景。

探究双层光谱探测器CT在鉴别可切除胰腺导管腺癌与肿块型慢性胰腺炎方面的价值

背景与目的:胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC)与肿块型慢性胰腺炎(mass-forming chronic pancreatitis,MFCP)的准确鉴别具有较大的临床意义。双层光谱探测器计算机体层成像(dual-layer spectral detector computedtomography,DLCT)在胰腺方面的应用已有一定的探索。本研究旨在探究DLCT在鉴别可切除PDAC与MFCP方面的价值。方法:回顾性分析2021年9月1日—2023年5月31日复旦大学附属肿瘤医院收治的33例可切除PDAC和19例MFCP患者的临床影像学资料,术前行DLCT增强扫描,扫描期相包括动脉期(arterial phase,AP)、实质期(parenchymal phase,PP)和静脉期(venous phase,VP)。计算DLCT定量指标,包括衰变强化分数(attenuation enhancement fraction,AEF)、病灶胰腺实质比(lesion to parenchyma ratio,LPR)、碘强化分数(iodine enhancement fraction,IEF)。采用独立样本t检验或χ^(2)检验进行统计学分析,采用二元逻辑回归进行单因素及多因素分析,采用受试者工作特征(receiver operator characteristic,ROC)曲线进行效能评价。P<0.05为差异有统计学意义。结果:在PDAC与MFCP之间,AEF_AP/PP、LPR_(40)_VP、IEF_PP/VP、糖类抗原19-9(carbohydrate antigen 19-9,CA19-9)及双管征的差异有统计学意义(P<0.05)。LPR_(40)_VP与IEF_PP/VP构成的融合模型具有最佳的鉴别效能,优于CA19-9、双管征及AEF_AP/PP(P<0.05),其曲线下面积(area under curve,AUC)为0.841,灵敏度为90%,特异度为73%,准确度为79%。结论:DLCT在鉴别可切除PDAC与MFCP方面具有一定潜能,光谱定量参数可以弥补CA19-9、常规CT在鉴别可切除PDAC与MFCP方面的不足。

高光谱探测绿色涂料伪装的光谱成像研究

基于现有伪装涂料与植被反射光谱的本质差异,提出一种可有效识别当前所有绿色伪装涂料的高光谱成像方法.通过分析绿色伪装涂料与被子植物叶片的反射光谱及其一阶微分谱的差异,确定了星载和机载高光谱遥感探测中,可见光波段的绿色反射峰和780～1300nm的"近红外高原"波段反射率的波动性是识别绿色伪装涂料的有效光谱特征.对"近红外高原"波段的反射光谱进行成像是高光谱探测实现伪装目标可视识别的可行方法,尤其是对反射光谱一阶微分处理后进行成像可更加有效地识别植被环境中的绿色伪装涂料.

绿色植物靶标的光谱探测研究

利用植物和背景(枯枝、土壤等)的光谱特性"红边"两侧反射率的差异,研究了探测绿色植物靶标的光谱探测技术。定义850与650nm处反射率的比值为植物判别指数(GPDI)。用FieldSpec Handheld2500型野外便携式光谱仪测量了绿色植物和背景的光谱数据,对其进行数据处理,计算各被测物质的植物判别指数GPDI。利用决策树模式识别方法建立植物与背景的分类模型,得到了GPDI阈值(GPDITH),选择此阈值为5.54。当GPDI>GPDITH时,判别探测对象为植物;反之亦然。设计开发了基于AT89S51单片机和光电二极管OPT101的绿色植物光谱探测器。试验结果表明,此探测器的探测率受杂草的种类、大小和密度的影响;阔叶草比窄叶草更易探测到;植株越大、密度越高,探测率越高。

中波红外隐身目标光谱探测的谱带选择方法

针对采用各种隐身技术的红外目标与周围背景之间的辐射差异不明显，导致探测困难这一问题，利用目标和背景在窄波带内的辐射特征具有较大差异这一特性，建立了基于红外光谱探测的谱带内红外辐射对比度的研究。通过对红外辐射相对对比度以及绝对对比度的分析，综合大气条件在整个传输过程中的影响，结合理论计算以及实验分析确定出用于红外隐身目标探测的最优谱带为2.86～3.30μm和4.17～4.55μm两个窄波带。实验结果表明：在所选取的用于谱带探测的窄波带能够很好的消除背景红外辐射的影响，以此突出目标辐射，具有良好的可探测性。

远距离物质拉曼光谱探测系统

为了实现远距离物质的识别检测,设计和建立了脉冲门控非接触式的拉曼光谱探测系统,利用强脉冲激光的高能量密度（~106 W）增强被探测物质的拉曼散射信号,通过大口径透镜系统提高拉曼光收集效率,同时采用同步延时系统控制ICCD的开启和积分时间,有效地去除背景光和荧光的干扰,提高信噪比,从而显著增加拉曼光谱探测距离。初步研究了不同通光口径对探测能力的影响,以及在950 mm的探测距离上获得了清晰的硫元素和纯净水的拉曼光谱信号。

苹果花期冠层光谱探测的规范化技术方法探讨

2008年和2009年,针对苹果花期冠层光谱进行了不同天气条件、不同探测时间、不同探头高度、不同探测角度条件下的冠层反射光谱探测试验,分析其对苹果花期冠层光谱特性的影响,探索规范化的光谱探测技术方法。结果表明,苹果花期冠层在不同条件下的反射光谱响应呈现出一定的规律性,特别是在760～1350nm近红外波段表现尤为明显。研究发现,随着光照强度的减弱,冠层光谱反射率降低,在晴天和少云时探测冠层光谱较理想;风速在2级以下时,冠层光谱较稳定;在10:00～15:00测定冠层光谱差异较小;探测高度以整个苹果树冠层充满光谱仪探头视场时光谱曲线较稳定;探头以垂直或近似垂直观测为最佳。在此基础上,提出了苹果花期冠层光谱探测的规范化技术方法,为苹果冠层光谱探测及信息提取提供了科学依据。

用于遥感光谱探测的干涉成像光谱技术

由于干涉成像光谱仪具有高通量、高光谱分辨率和光谱多通道等优点 ,成为超光谱分辨率遥感方面的研究热点 ,文章简要分析了国内外的研究现状和干涉成像光谱仪的应用前景 ,主要介绍时间调制型干涉成像光谱仪和基于变形Sagnac干涉仪、双折射棱镜及Savart板等空间调制型的干涉成像光谱仪的形式、原理和特点 ,分析了其光学结构和影响光谱分辨率的因素。

基于光谱探测与图像识别的反伪装目标系统研究

为了在野外环境中快速有效地识别敌方伪装的机动目标,设计了基于光谱探测与视频图像目标识别方法联用的目标识别系统。采用视频图像识别技术获取被测区域的二维影像,再通过光谱探测技术识别目标,最终将目标重建在图像相应位置上从而实现目标识别的可视化。理论推导得到了系统可识别目标的函数关系式,根据该函数关系进行了目标识别的量化实验。实验采用汽车模拟被测机动目标,在不同距离上分别以平坦荒地、灌木丛和废弃建筑物为背景,对明显目标、涂覆迷彩色的目标以及遮挡伪装物的目标分别进行光谱探测。实验结果显示,测试背景对光谱探测效果有一定影响,背景的连续性有利于目标识别;伪装方式以伪装物遮挡最难识别,且随着目标与系统的距离增大而信噪比随之降低。综上所述,采用光谱探测技术克服了传统图像目标识别无法识别伪装目标的缺点,可以实现对伪装目标的有效识别。

基于双边倾斜傅里叶干涉具的激光光谱探测技术研究

为了在不改变静态傅里叶干涉具尺寸的基础上提高光谱分辨率,设计了双边倾斜傅里叶干涉具及等光程条纹展宽的方法。通过计算分析双边倾斜傅里叶干涉具空间产生光程差与传统干涉具光程差的关系,得到在整个干涉具尺寸不变的条件下,光谱分辨率提高到9.1cm-1,比同尺寸静态傅里叶干涉具提高了近8倍,并且不会因干涉条纹混叠而造成无法采集。采用BK7材料加工制成双边倾斜傅里叶干涉具,用6种不同波长的激光照射分析干涉条纹,实验结果显示干涉条纹会因反射位置增大而导致探测波长较长的激光时中心波长偏大,根据其满足线性变化的规律,拟合可知每1nm的激光波长变化造成0.0211nm的增大误差,经过标定后平均误差与传统干涉具接近,同时可以有效地提高静态干涉系统的光谱分辨率。

一种基于MEMS光栅光调制器的近红外光谱探测系统

基于微机电系统技术的近红外光谱探测系统已成为了近红外光谱仪研究的一个新方向。文章提出了一种基于光栅光调制器的新型近红外光谱探测系统。该系统采用微加工技术制造的光栅光调制器阵列与单点近红外探测器相结合使用的方法进行光谱探测。设计了该光谱探测系统的光学结构,论述了系统光谱探测原理,并使用经表面微加工工艺得到的光栅光调制器器件进行了系统分辨本领、波长准确性、系统稳定性、器件响应频率等特征参数测试实验。结果表明,该探测系统在1 320到1 400 nm波长范围内,分辨本领小于10 nm,波长准确性小于1 nm,系统稳定性小于0.5%,光栅光调制器的响应频率为5kHz。实验结果证明了该近红外光谱探测系统的可行性,为研制基于微机电系统光栅光调制器的微型化近红外光谱仪提供了理论基础及实验指导。

天基复合计算光谱探测与识别方法研究

光谱成像技术可获得目标的三维数据立方体,具有"图谱合一"的优势。对空间目标的"指纹"光谱信息进行分析是空间目标识别的一种有力手段。文章针对空间目标材料识别和关键部位识别需求,提出一种图谱协同探测的计算光谱成像新方法,以全色通道和计算光谱通道联合获取高分辨率的空间光谱图像,并介绍了用于目标光谱反演的标定技术,包括目标散射光谱测量标定技术和系统光谱编码标定技术。通过采用新型光谱成像系统拍摄的卫星模型多光谱图像扩充样本作为数据集,进行深度学习训练,对整个数据集进行识别测试,对卫星主体、太阳翼、数据传输天线、推力器和太空背景五个类别的平均识别率为74.86%。

基于DSP的高速多光谱探测系统研究

为了实现高速获取多窄脉冲光谱分布数据信息,并抑制背景噪声及多光谱源之间相互干扰的问题,研究了一种基于DSP控制DMA高速采集干涉条纹并反演光谱的系统.设计了帧减降噪处理算法用于完成对窄脉冲光信号与背景光噪声的分离与提取,并通过3级兵乓缓存结构实现了该算法在高速DSP中的流水线作用.给出了系统硬件结构设计与DMA控制方式,分析了帧减降噪算法及兵乓缓存设计的实现方法.在CCS环境下仿真计算了帧减降噪算法条件下干涉条纹的输出变化,论证了该方法的可行性.实验采用555 nm、665 nm以及805 nm 3种窄脉冲激光同时入射系统进行光谱测试,数据采集由DSP5510控制DMA8237-5实现.结果显示,采用帧减降噪算法的光谱分布旁瓣抑制效果好,背景噪声基本消除,并且其处理速度比基于C++光谱分析软件的系统提高了3倍左右.由此可见,该设计具有高速多光谱同时探测的性能.

系外行星大气光谱探测虚拟仿真实验系统

系外行星大气光谱可以探测系外行星的大气成分,是研究行星宜居性的关键证据,也是回答是否存在第二个“地球”等科学问题的关键所在.因为系外行星的光谱探测对探测设备要求极高,需要大型望远镜和高精度的光谱设备,国内高校现有条件和环境无法满足学生在学习时的观测实践需求.考虑到天文观测实验教学是天文教学中必不可少的环节,为了提升教学效果,增强学生对天文观测和系外行星大气光谱探测的理解和认知,利用虚拟仿真技术,建设系外行星大气光谱探测虚拟仿真实验,将原理学习与观测实践紧密结合,实现“理论指导观测,观测反馈理论”的模式.该实验设计了三个环节:行星大气光谱特征、行星大气透射光谱观测和光谱数据分析.从理论学习到观测实践再到数据分析,涵盖了包括行星反射和透射光谱、行星大气吸收原理、观测窗口估计、信噪比估计等众多光谱及其数据处理的核心知识.

红外高光谱探测CO_2柱总量的敏感性分析

利用辐射传输模型MODTRAN5模拟计算了红外高光谱仪在光谱分辨率、光谱定标精度、地面反射率、大气廓线以及辐射分辨率对CO_2气体含量探测敏感性的影响,同时定义探测辐亮度随气体含量改变的变化量指标S值,并对探测灵敏度、光谱分辨率和信噪比SNR的关系进行了综合分析。为我国红外高光谱大气探测仪的设计以及高光谱大气成分反演研究的开展提供重要的科学依据。对CO_2柱总量反演通道的选择和实现CO_2气体探测敏感参数分析具有重要的参考价值。

大气环境高灵敏光谱探测技术

大气环境高灵敏光谱探测技术是以光与环境相互作用为基础发展起来的学科交叉方向,使用光学的方法和手段来探知研究环境问题。大气环境高灵敏光谱探测技术能够实现从现场瞬态灵敏探测到污染时空分布等不同尺度的遥测,从而获得大气污染“点-线-面”的时空变化规律,由于光谱探测技术具有多组分、非接触、无采样、高灵敏度、大范围快速以及遥测等特点,已经成为国际上大气环境监测技术的主要方向之一。大气环境高灵敏光谱技术在污染源、工业园区、空气质量以及区域污染等监测方面都有很广泛的应用。针对化工园区复杂的环境污染问题,光谱探测技术可以高灵敏、非接触地获取多种污染物浓度特征,掌握化工园区污染时空分布状况,为化工园区的大气污染治理提供有效支撑;针对京津冀、长三角等地区大气重污染过程的核心问题,大气环境高灵敏光谱探测技术通过地基组网观测,车载/机载平台移动观测等三维立体监测手段获取重点区域污染物的生成、转化过程以及重污染过程的形成机制,为区域大气污染成因追溯、污染控制措施评估提供科学的数据和技术支撑。高灵敏光谱探测技术在大气环境领域的成功应用,为污染源、化工园区和重点区域的环境综合诊断和治理奠定了技术基础。

日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪杂散光测试与校正技术

日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪具有更高的光谱分辨率及更多的光谱通道,而杂散光是影响超光谱探测仪光谱测量精度的关键因素之一。陆地生态系统碳监测卫星搭载的超光谱探测仪为光栅式光谱仪,其入射和出射狭缝的存在使得系统本身杂散光的抑制多了一道屏障,因此该类遥感器杂散光的主要来源为视场内的杂散光。文章描述了该类杂散光的来源及特点,最后以超光谱探测仪空间维为例,建立杂散光校正数学模型,介绍了视场内杂散光分布测量方法、测量步骤,并对校正效果进行了分析。结果表明,杂光分布影响因子d和杂光分布因子矩阵D可正确表征光谱仪的杂散光特性。

光谱探测背景辐射测量分析(英文)

在白天进行空间微弱目标光谱探测研究中,除了知道目标的光谱特性外,必须知道天光背景光谱辐射特性。本文以Lowtran软件为基础详细分析了天光背景光谱辐射,在此基础上研制了天空背景测量仪对西部某区域天光背景进行实际测试,给出了该地区天光背景的实验测试结果,为后续光谱探测研究奠定了基础。