间接型光谱成像仪相对光谱响应函数标定方法

间接型光谱成像仪通常采用面阵探测器作为光电转换器件,探测器像元间光谱响应的不一致性会导致采集到的目标光谱失真,所以标定和修正像元间光谱响应的不一致性是提升间接型光谱成像仪光谱辐射测量精度的重要手段.本文以干涉光谱成像仪为例,分析了系统像元间相对光谱响应不一致对目标光谱辐射测量准确性的影响,提出了基于傅里叶变换调制定标源的间接型光谱成像仪全系统相对光谱响应函数测量方法,并建立了相对光谱响应函数标定的数理模型.仿真分析结果表明,理想无噪声时,像元间1%的相对光谱响应不一致性会对复原光谱造成1.02%的相对误差,经过相对光谱响应校正后,不同行复原光谱的相对误差降至0.08%.最后,仿真分析了相对光谱响应不一致性在不同光谱信噪比下的校正效果.该方法可提高间接型光谱成像仪光谱测量的准确性和一致性.

基于F-P干涉仪CH_(4)气体点源探测关键参数仿真分析

基于多光束干涉光谱成像原理,研究一种高空间分辨率甲烷气体点源探测方法。首先,介绍了甲烷气体探测仪的工作原理和探测方案,详细设计法布里-珀罗干涉仪的系统参数,并建立甲烷气体探测正演模型。然后,分析了干涉信号和甲烷浓度之间的对应关系,以及仪器参数对探测灵敏度的影响。最终,迭代优化得到各光学结构参数的最优取值。结果表明,在甲烷探测波段为1630~1675 nm,自由光谱范围为12.5 nm,光谱分辨率为0.1 nm,法布里-珀罗标准具腔长为0.08 mm,腔内反射率为97.5%,截止滤光片范围为(1630±4)nm~(1675±4)nm时,探测源25%浓度变化对应的干涉信号相对变化量范围为[0.65%,4.30%],探测灵敏度较好。研究结果可为高精度碳监测提供理论依据和技术支撑。

基于微偏振阵列的干涉型高光谱偏振成像方法

光谱和偏振辐射特性是实现精细目标识别的重要光学参量,融合光谱和偏振信息分量的光谱偏振成像探测技术有效利用两者的互补性,提高在复杂背景环境下的目标识别能力,在环境监测、军事侦察和大气分析等领域具有巨大的发展潜力。围绕目标的光谱和偏振信息探测问题,研究了一种基于微偏振阵列的干涉型高光谱偏振成像技术。在研究Sagnac干涉型高光谱成像技术的基础上,利用微偏振阵列调制原理引入Stokes偏振分量信息探测。通过分析系统的工作原理,设计了系统的干涉成像光路模型,并对光谱信息反演方法以及偏振信息提取方法进行了讨论分析。搭建了实验装置,对实际场景目标进行了光谱偏振成像实验,得到了较好的实验结果。研究表明:该光谱偏振成像技术不仅具有高光通量、高光谱分辨率的优点,而且能够实现偏振信息的同步获取。

新型干涉高光谱成像系统的光束剪切特性分析

提出了一种基于新型双折射横向剪切分束器的高光谱成像方法,采用的横向剪切分束器主要由Wollaston棱镜和角锥反射体组成.在分析双折射分束器的偏光结构和分光机理的基础上,利用光线追迹方法分析了光束在Wollaston棱镜中的传播特性,通过计算光束在双折射分束器中的传播方向及出射位置,推导出调制光程差的理论表达公式.根据理论推导结果,分别仿真分析了系统在不同扫描模式下光程差与入射光视场角以及角锥顶点偏移量的调制关系.基于理论分析结果搭建了实验装置,对光程差分析结果进行验证,实验结果与理论分析结果匹配较好.所提方法可以提高剪切光束的平行性,保证干涉条纹的高调制度,降低了复原光谱准确度对光学装调精度和元件加工精度的依赖性,具有结构稳定、复杂度低的显著特点.

Offner型高光谱成像系统的设计

在分析曲面棱镜特性的基础上,研究了系统的光谱分辨率与曲面棱镜结构之间的关系,给出了系统初始结构的计算方法;设计了可见光谱段的高光谱成像系统,其中曲面色散棱镜由冕牌破璃和火石破璃组合而成,用以减小光谱分辨率的非线性以及提高系统的成像质量;采用Zemax光学设计软件对系统进行优化,在400-800nm谱段内,平均光谱分辨率优于5nm,谱带弯曲均小于0.085个像元,谱线弯曲均小于0.092个像元。

对称楔形干涉高光谱成像的光谱复原方法

干涉型高光谱成像技术可以探测目标的空间信息以及光谱特性,在生物医学、材料分析、食品安全和文物考古等领域发挥着重要作用。基于对称楔形干涉腔的高光谱成像方法为光谱探测提供了一种新的技术途径,通过分析系统的干涉原理和工作方式,研究其光谱复原方法。提出干涉图像的校正补偿算法,较好地消除了像面暗斑对光谱复原的影响。针对系统整体推扫的工作方式,研究了基于局部相位相关的快速亚像素图像配准算法,能准确提取目标点干涉数据。对系统光谱传递矩阵进行讨论,提出基于矩阵反演的光谱复原方法。研制原理样机,对场景目标进行光谱成像实验,得到了初步的复原结果。

基于对称楔形干涉腔的高光谱成像方法

高光谱成像技术在众多领域中具有广泛的应用潜力,仪器的轻小型化能够助力该技术的推广。为探索新的干涉高光谱成像技术方案,研究了一种新型的基于对称楔形干涉腔的高光谱成像方法。通过在成像系统中加入对称楔形干涉器,实现干涉光程差与视场角的关联调制。通过分析系统的工作原理,设计了系统的干涉成像光路模型,并对干涉腔楔角、反射率、成像物镜等主要参数和成像推扫方式进行了讨论分析,采用Zemax光学设计软件对干涉成像光路进行了仿真研究。研制了原理样机,对激光光源和实际场景目标进行了光谱成像实验,得到了较好的实验结果。研究表明,该高光谱成像方法不仅具有高光通量、高光谱分辨率的优点,而且能够有效实现仪器的轻小型化。

宽波段铁电液晶偏振态分析器的优化设计

铁电液晶偏振态分析器(PSA)是宽波段偏振成像的核心组件,其抑制噪声的能力对偏振测量结果具有重要影响,因此解决宽波段铁电液晶PSA优化设计问题具有重要意义。根据宽波段偏振成像测量的基本原理推导出铁电液晶PSA的斯托克斯测量矩阵,采用遗传算法和条件数(CN)、同样加权方差(EWV)评价准则对偏振器件的方位角参数进行优化设计,得到铁电液晶PSA的最佳器件组合方式和方位角参数。最后,根据优化设计结果搭建多波段实验装置,对3D眼镜和偏振片进行成像测量实验。实验结果表明利用所设计方法实现的偏振测量装置能够有效测量出目标的偏振特性。

傅里叶变换高光谱Mueller矩阵成像理论与方法

提出了一种高光谱Mueller矩阵成像(HMMI)方法,实现了空间、光谱和Mueller矩阵图像的同步一体化获取。详细讨论了高光谱Mueller矩阵成像的原理以及双折射干涉器剪切干涉成像过程,对偏振态发生器/偏振态分析器进行了联合优化设计,给出了系统的定标方法。为验证仪器的性能,在实验室对目标进行光谱Mueller矩阵成像,证明了利用所提方法快速获取光谱图像和Mueller矩阵图像的可行性。所提方法具有光谱分辨率高、偏振调制快等优点,为光谱Mueller矩阵成像的发展提供了一种新的思路。

基于光场成像的画幅式多光谱成像方法

画幅式多光谱成像技术能够同时获取多波段光谱图像数据,在材料分析及环境监控等领域有广泛应用。采用一种基于光场成像的画幅式多光谱成像方法,利用二次成像的方法将由光场成像系统获取的多光谱图像转接成像到探测器光敏面,不需微透镜阵列与探测器光敏面直接接触,避免了对探测器的损坏,同时降低了系统安装调节的难度。此外,研究了不同通道光谱信息混叠的影响因素,采用像素灰度匹配的方法获取各通道像点的矢量坐标,实现光谱通道信息的提取。在不同光强条件下对灰度进行平场校正,获取各光谱通道的归一化通光率,用以校正通道灰度误差。搭建了实验装置,对室内目标进行多光谱瞬时探测,获取了较为清晰的多光谱图像。

基于快速高斯网格法的非线性光谱复原方法

针对傅里叶变换光谱仪中的非线性光谱复原精度低的问题,研究了一种基于快速高斯网格(FGG)法的非线性光谱复原方法。首先研究了基于FGG法的非均匀傅里叶变换理论,利用仿真结果验证了FGG法的高复原精度及其可行性。搭建了双折射偏振干涉光谱测量实验装置,利用该方法对非等间隔采样的干涉信号进行了光谱复原处理,复原结果与光谱仪的测量结果基本一致。理论仿真和实验结果均表明,采用FGG法能够有效实现非线性光谱复原。

快速高精度Fourier-Mellin变换图像配准方法

提出一种快速高精度Fourier-Mellin变换图像配准方法,可提高高光谱成像过程中光谱复原的速度与精度。该方法运用两次局部上采样相位相关法,一次在对数极坐标域中估计旋转和缩放参数,另一次在笛卡尔坐标系中估计平移参数。引入梯度预处理过程,使算法更加稳健。介绍了Fourier-Mellin变换的原理,该变换可实现旋转和缩放参数的解耦合。在传统相位相关法的基础上介绍了局部上采样相位相关法。证明了梯度预处理过程的必要性。仿真结果表明,所提方法可以实现高精度的图像配准。