亚角秒空间分辨的太阳极紫外宽波段成像光谱仪光学设计

狭缝式成像光谱仪是太阳极紫外光谱成像探测的重要工具之一,然而目前国内尚无该类载荷,导致太阳物理学和空间天气学等学科在极紫外光谱诊断研究方面主要依赖国外仪器数据,严重制约了相关学科的发展.国外已发射的成像光谱仪仅具有2"量级的空间分辨率,很难观测到日冕加热模型预测的等离子体核心特征.为了更好地理解太阳不同层次大气之间的耦合过程,需要更宽光谱覆盖的太阳观测数据.鉴于此,本文提出并设计了一款亚角秒空间分辨的太阳极紫外宽波段成像光谱仪,相比现有仪器,系统能够实现更高空间和光谱分辨率、更宽光谱范围覆盖的观测.性能评价结果表明,系统在62—80 nm,92—110 nm波段内的像元空间分辨率均优于0.4",光谱分辨率均优于0.007 nm,光谱成像质量接近衍射极限,对我国未来首台空间太阳极紫外成像光谱仪的研制具有重要参考价值.

基于地物光谱特征的成像光谱遥感矿物识别方法

成像光谱技术是遥感技术发展的前沿技术之一 ,它是在可见光、近红外及短波红外上 ,集图像、光谱于一体的具有高光谱分辨率的纳米遥感技术。文中从岩矿光谱特性的研究入手 ,通过光谱特征识别准则 ,利用机载的可见光、近红外及短波红外成像光谱 (HyMap)数据 ,开展成像光谱遥感矿物识别的试验研究。试验识别的矿物有绿泥石、绿帘石、橄榄石、绢云母、滑石、石膏及黑云母等。试验结果表明 ,通过矿物光谱特征分析与其识别原则进行成像光谱遥感矿物识别获得了很好的效果。因此 ,基于地物光谱特征进行成像光谱矿物直接识别确实可行 ,有利于矿产资源评价中成矿物源和矿化蚀变信息分析。

痕量气体掩星探测高光谱成像光谱仪光学系统设计

痕量气体作为大气的重要成份,对地球的生态起着重要作用。为了实现宽波段、高光谱全天时连续测量,本文设计了一款在掩星探测模式下工作的高光谱成像光谱仪。该系统为共狭缝的双通道结构,紫外-可见光通道采用单凹面光栅结构、红外通道采用利特罗与浸没光栅结合结构,有效地减小了体积。利用软件对光学结构进行优化,优化结果表明:光谱仪在250~952 nm波段范围内工作,其中紫外-可见光通道工作波段为250~675 nm、光谱分辨率优于1 nm、MTF在奈奎斯特频率为20 lp/mm处均高于0.58、全视场各波长处RMS值均小于21μm;红外通道工作波段为756~952 nm、光谱分辨率优于0.2 nm、MTF在奈奎斯特频率为20 lp/mm处均高于0.76、全视场各波长处RMS值均小于6μm,均满足设计要求。结果表明该高光谱成像光谱仪系统可以实现对痕量气体的掩星探测。

干涉型计算层析成像光谱仪的实现方法

提出了一种干涉型计算层析成像光谱仪(CTII)原理及实现方法。CTII把空间调制式傅里叶变换成像光谱仪(FTIS)的原理与计算层析成像光谱仪(CTIS)的原理巧妙结合,因此整个系统在原理上具有高灵敏度、高光谱分辨率,以及高空间分辨率。分析和讨论了CTII的工作原理,给出了一种实用CTII的光路结构;对典型目标的投影图像进行实验,实验结果验证了本方法的可行性。

基于成像光谱仪的光亮度精确测量方法研究

为了快速精确测量平板显示器的光亮度,采用基于线性渐变滤光片的成像光谱仪进行了理论分析和实验验证,讨论了以线性渐变滤光片为核心的成像光谱仪的原理、结构及应用特点,建立了光源光亮度-输出灰度值的数学转换模型,以及基于LED积分球光源和分光光谱辐射亮度计的成像光谱仪光谱定标与辐射定标装置,得到了目标的光谱立方体数据,并计算出目标各点的绝对光谱功率分布曲线。结果表明,测量显示屏的相对示值误差小于3%,达到了国标光亮度测量所规定的一级测量精度要求,实现了对面光源光亮度的快速精确测量。该研究为优化显示器行业的质量控制和产品调控提供了有利参考。

适用于无人机搭载的轻小型成像光谱仪光学系统设计

设计了一种适用于无人机搭载的轻小型成像光谱仪(Light and compact imaging spectrometer,LCIS)光学系统。该光学系统的工作波段覆盖400~1000 nm,F数为3.3,视场大小为11°,光谱分辨率优于3 nm。采用Zemax对该光学系统进行仿真和优化,优化结果表明,点列图均方根(RMS)半径最大值为4.221μm,小于单个像元尺寸的一半,谱线弯曲最大值为1.30μm,色畸变最大值为1.16μm,分别占像元尺寸的8.69%和7.73%,在33 lp/mm处的调制传递函数(MTF)值优于0.7,各项指标评价结果均表明该光学系统具有较好的成像质量。此外,该光学系统体积为190 mm×160 mm×90 mm,表明该系统不仅光谱分辨率高、成像质量好,还具有体积小、结构紧凑的优点。本研究为轻小型成像光谱仪的研制提供了核心技术支持,为基于无人机搭载成像光谱仪开展遥感器在轨辐射定标工作奠定了基础。

基于无序色散成像光谱仪的实验教学设计

论文以无序色散成像光谱仪的制备与性能测试为例,研究了如何将新型的上、下转换发光材料和成像光谱仪器件相结合实现宽波段测量范围的超光谱成像,并将其应用于材料物理专业本科生“光电子器件与工艺”课程的实践教学中去。该实践教学包括前置器件、色散器件、转换器件、探测器件等部件的设计与制备,以及光谱复原数学优化算法的学习和大型实验仪器的使用。该实验教学设计,改变了传统材料专业学生对光电子技术不够了解的状况,扩大了材料物理专业学生在光电子学领域的知识面,提高了综合素养,促进了多元化就业。

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FISS成像光谱数据的鲜-解冻肉识别研究

基于自主研制的地面成像光谱辐射测量系统(field imaging spectrometer system,FISS),利用获取的可见/近红外波段成像光谱数据进行鲜猪肉和解冻猪肉的识别研究,同时对鲜猪肉的新鲜度在类别和等级上分别进行识别研究。通过最小噪声分离变换和一阶微分处理,消除数据高频随机噪声和基线偏移,改善多重共线性,运用Wilks’lambda逐步法选择特征波长,采用Fisher线性判别函数建立判别分析模型。运用选择的前8个波段建立模型,对鲜猪肉和解冻猪肉的识别即可高达99%;运用选择的前6个波段,鲜猪肉新鲜度类别总体正确识别率达到98%;运用28个波段,鲜猪肉新鲜度等级的总体正确识别率为93.6%。研究结果表明,FISS在肉类食品品质识别分类方面具有较高的应用潜力。

成像光谱偏振仪研究进展

成像光谱偏振仪是一类同时具有成像、光谱测量和偏振测量功能的新型光电传感器。介绍了成像光谱偏振仪的原理,对近些年来国内外成像光谱偏振仪的研究进展进行了总结,对基于声光可调谐滤光片、液晶可调谐滤光片等新器件的成像光谱偏振仪和通过在狭缝色散型、空间调制傅里叶变换型和层析型成像光谱仪的光路中添加偏振器件构成的成像光谱偏振仪的原理进行了阐述,并对成像光谱偏振仪的发展趋势进行了展望。

第八届全国成像光谱对地观测学术研讨会会议通知

成像光谱对地观测是遥感、地学、信息等多领域的前沿交叉学科,近年来在理论发展、技术创新、产业化应用等多个方面取得重大突破,并在服务国家重大发展战略方面发挥着重要作用。我国先后发射高分五号和资源一号等多颗高光谱遥感卫星,开启了我国成像光谱对地观测技术发展的新征程。第八届全国成像光谱对地观测学术研讨会(第十四届成像光谱技术与应用研讨会暨交叉学科论坛)以“遥瞰天地,谱像致微,感知万象”为主题,定于2024年11月1日至4日在上海市召开。诚挚欢迎国内外相关学者届时齐聚上海,总结和交流成像光谱对地观测理论、方法和技术等方面的最新研究成果,研讨在农村农业发展、资源调查、生态环境保护、社会可持续发展等领域的深入应用,共谋成像光谱对地观测技术的新发展。

大孔径静态干涉成像光谱仪中双通道Mach-Zehnder横向剪切干涉仪的设计

大孔径静态干涉成像光谱技术是一种时空联合调制的傅里叶变换成像光谱技术,其核心元件通常采用Sagnac横向剪切干涉仪。这种结构会使进入干涉仪的光线有一半沿原路返回,降低了能量利用率。文章提出一种改进型Mach-Zehnder横向剪切干涉仪结构,克服了能量利用率低的缺点,在实现横向剪切的同时,还具有双通道输出的优点。本文通过光线追迹的方法,得到剪切量的一般表达式,并分析了各种误差源对剪切量误差的贡献。为大孔径静态干涉成像光谱仪的设计提供了新思路,可为该类型的成像光谱仪的设计与优化提供理论指导。

成像光谱仪分光技术概览

论文介绍了多种成像光谱仪的分光技术。棱镜或光栅色散型成像光谱仪技术成熟 ,应用广泛 ;在发散光束中使用光栅的方法 ,克服了准直光束用法中的一些缺陷 ;傅里叶变换光谱仪是遥感探测可见和红外弱辐射的有力工具 ;光楔成像光谱仪结构简单 ,随着渐变滤光片工艺技术的成熟 ,已走向实用化 ;采用可调谐滤光片的成像光谱仪由于滤光片水平的限制 ,投入应用还有待时日 ;采用二元光学元件的成像光谱仪结构紧凑 ,体积小 ,扫描速度快 ,已研制出地面实用型产品 ;层析成像光谱仪原理新 ,目前还处在实验阶段 ;三维成像光谱仪可以同时获取二维影像和一维光谱信息 ,可实现对迅变目标的观测。

显微成像光谱仪技术的研究及应用

显微成像光谱仪技术是一种生物组织检测方法,目前广泛应用于生物医学检测和疑难病症分析,已成为组织检测领域的研究热点。论述了显微成像光谱仪各结构功能模块的工作原理及特点,并对其各主要技术指标进行了分析。介绍了目前的发展现状,并对所出现的多种显微成像光谱仪的技术方案及特点做了详细的总结。研究结果表明,显微成像光谱技术作为一种新的技术手段,必将在临床医学、生物学、材料学以及分析化学等领域得到广泛的应用。

Sagnac型干涉成像光谱仪研制及干涉成像光谱实验

空间调制干涉成像 (傅里叶变换 )光谱仪 (SMIFTS)是一种有重要的研究和应用价值的空间遥感器。依据应用要求和信噪比方程设计并研制了Sagnac型干涉成像 (傅里叶变换 )光谱仪原理样机。用该样机进行了实验室干涉成像光谱实验 ,获取了较为清晰的可见光、近红外谱段干涉成像图像。对其中各像元的干涉图进行数据处理和计算 ,提取出了光谱特征明显的成像光谱图像和与被测图样光谱特征相符的像元光谱。由实测光谱辐射亮度曲线反演计算出的光谱反射曲线与标准仪器测得的图样光谱反射特性曲线进行了比较 。

成像光谱遥感技术及其在地质中的应用

成像光谱遥感技术作为20世纪80年代初发展起来的新型遥感技术,代表了遥感定量化的发展方向。概述了当前成像光谱遥感技术的发展和应用现状,探讨了成像光谱数据的特点及其处理技术方法,并介绍了其在地质领域的应用。

窗扫型成像光谱仪数据处理及误差校正研究

窗扫型傅里叶变换成像光谱仪具有高光通量和无动镜等特点,同时也增加了数据处理的难度,需要对采集的原始干涉图进行重组。通过对其数据处理流程特点的分析,设计了一种归一化算法,对由干涉图重组时产生的误差进行了校正,并对在数据采集过程中干涉图的中心暗纹位置的采样误差进行了二次曲线拟合校正。整个数据处理过程实现了从干涉数据立方体到光谱数据立方体的变换。从理论分析和实验结果的比较中验证了误差校正方法的有效性。

基于FISS成像光谱数据牛奶品种识别研究

利用自主研制的地面成像光谱辐射测量系统(fieldimaging spectrometer system,FISS)获取了14种典型牛奶样品的高光谱图像数据,并基于此做了牛奶品种识别研究。首先剔除2个异常样品,对剩余12种牛奶样品随机取样,共取1200个像元样本;为消除高频随机噪声和基线偏移,改善多重共线性,对所有样本做移动平均平滑和一阶微分预处理,再运用逐步回归法选择的特征波长建立牛奶多类判别分析模型。结果表明,对12种牛奶样本混合识别,总体判别精度高达95.5%,其中蒙牛、伊利和光明三种原味酸奶的总体正确识别率为88.3%;对这三种原味酸奶构成的样本子集单独识别,其总体正确识别率为88.7%。这说明FISS能够用于牛奶品种识别研究,还发现为实现有针对性的牛奶品种鉴别,同类型不同厂家生产的牛奶最好单独识别,这不仅能减少模型变量,提高模型运算效率和稳定性,也能提高判别的总体精度。

编码成像光谱仪的编码构形设计与解码算法

采用循环Ｓ－矩阵设计了一维和二维循环编码构形，使仪器的编码测量过程大为简化。基于π变换和快速阿达玛变换的解码算法，将矩阵乘法简化为矩阵元素间的加、减运算和位置交换，降低了仪器对微机系统的要求。

Sagnac型干涉成像光谱仪外场干涉成像光谱实验

空间调制干涉成像 (傅里叶变换 )光谱仪 (SMIFTS)是一种有重要的研究和应用价值的空间遥感器。该文介绍了研制的Sagnac型干涉成像 (傅里叶变换 )光谱仪原理样机及用该样机进行的外场干涉成像光谱实验。实验获取了可见光、近红外谱段干涉成像图像。对其中各像元的干涉图进行数据处理和计算 。