傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原FPGA芯片系统研究

针对傅里叶变换红外成像光谱仪实时数据处理技术的要求,研究了一种基于FPGA的集干涉图非均匀性校正、光谱复原、光谱辐射定标于一体的傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原芯片系统。该系统对输入信号做了标准化设计,以流水线方式输出目标的复原光谱信息,可嵌入到各种类型的红外/可见光傅里叶变换成像光谱仪的实时数据处理系统中,具有体积小、运算速度快、稳定可靠及易于升级等优点,为基于光谱特征的目标实时识别奠定了良好的技术基础。

傅里叶变换红外成像光谱仪非均匀性在线定标与校正研究

由于傅里叶变换红外成像光谱仪结构的特殊性,其非均匀性在线定标与校正在工程上一直没有得到有效解决。首先对IRFPA非均匀性校正的原理与算法进行了简要阐述,在此基础上,通过对时间调制型、空间调制型及时间空间联合调制型傅里叶变换红外成像光谱仪原理结构的深入分析,针对这三种制式的光谱仪,分别研究出了相应的非均匀性在线定标与校正的方法,为星载傅里叶变换红外成像光谱仪非均匀性的在轨定标奠定了良好的技术基础。

空间遥感短波红外成像光谱仪的光学系统设计

设计了一种短波红外成像光谱仪的光学系统。它采用离轴透镜来校正大视场像差,避免了采用大口径同心透镜,降低了大口径透镜获取难度和加工要求,同时校正了狭缝弯曲和畸变;采用两个离轴非球面反射镜作为准直和会聚光学元件,补偿了与波长相关的狭缝弯曲,并减小了残余像差;采用一个色散棱镜来修正非线性色散,满足了光谱分辨率要求,在棱镜背面镀反射膜,简化了结构,减轻了重量。最后给出了各个通道的光谱非线性和光谱弯曲结果。

基于空间调制干涉原理的红外成像光谱仪扫描系统控制研究

讨论了基于空间调制干涉原理的红外成像光谱仪器中高线性大摆镜扫描系统的控制技术,详细地阐述了各扫描方式的优缺点、控制器的基本原理、控制器硬件设计,提出了一种基于传统PID的微分增强型控制算法,分析了扫描系统的扫描效率和线性度。

红外成像光谱仪为嫦娥四号探测与研究保驾护航

“嫦娥闪号探测器着陆丁月球背面的艾特肯盆地,在多台科学有效载荷中,红外成像光措仪是唯一一台服务丁月球矿物组成探测与研究的科学仪器,将获取毫米级空间分辨率的月壤高光措图像及红外光措数据。”中科院h海技术物理研究所红外成像光措仪副主任设汁师徐#说起有效载荷红外成像光措仪如数家珍。

加利福尼亚/内华达死谷北部地区航空可见光/红外成像光谱仪测量数据分析

作为航空可见光/红外成像光谱仪(AVIRIS)评价项目的一部分,1989年5月在死谷部分地区应用航空可见光/红外224道成像光谱仪(工作波长范围:0.41—2.45μm)进行了飞行。通过地面光谱及“经验线定标”技术,把测量数据转换成反射率,从影像上提取出反射光谱,并与野外和实验室光谱数据进行比较,以便识别矿物,如绢云母、(细粒白云母)、方解石、白云石、赤铁矿和针铁矿,用影像光谱的二进制编码来产生表示这些矿物的空间分布及铁氧化物与其他矿物共生的影像图,该图像与常规地质图及若干次野外工作填制的蚀变图吻合较好,不过也显示了几个原先未填出的碳酸盐岩露头及需要进一步进行野外填图的地区。

Offner型与Dyson型长波红外成像光谱仪性能对比研究

针对传统长波红外成像光谱仪难以同时实现弱遥感信号下高信噪比和小型化的现状,在数值孔径NA为0.19和0.33,工作波段为8-12μm下,设计并对比分析了两种具有同心结构的Offner凸面光栅和Dyson凹面光栅光谱仪,借助Zemax软件,获得了它们的最优解。当NA1=0.19时,两者均能理想成像,Offner结构大小为245mm×213mm×111mm,调制传递函数（MTF）大于0.38,光谱分辨率为35nm,谱线弯曲小于4.8%,色畸变小于12.8%;Dyson结构大小为308mm×61mm×49mm,MTF大于0.48,光谱分辨率为12nm,谱线弯曲小于0.047%,色畸变小于0.138%。当NA2=0.33时,Offner结构无法理想成像,Dyson结构仍有很好的像质,大小为317mm×88mm×88mm,MTF大于0.71,光谱分辨率为1nm,谱线弯曲小于0.015%,色畸变小于0.028%。设计结果表明,长波红外波段中,相对于Offner结构,Dyson结构具有数值孔径大、体积小、光谱分辨率和传递函数高以及谱线弯曲和色畸变小的优点。

时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪快扫描采样方案

传统的时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的激光采样通过采用单个激光探测器探测激光干涉强度变化生成采样脉冲,其采样原理简单易实现。但该方法无法判断动镜移动的方向,也难以实现高频采样。对时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的采样方案进行了对比分析,并针对快扫描采样方法提出了具体的实施方案。从原理和光路设计上介绍了一种适用于时间调制型傅里叶变换红外成像光谱仪的新的采样方法。该方法在传统引入参考激光的基础上,采用偏振的手段将参考激光分为具有固定相位差的两束光,并利用这两束光实现动镜移动方向的判断,以及干涉图样的4倍过采样。从原理上综合考虑了各个光学元件的偏振特性,并将该方法从基于正入射的平面镜推广到斜入射的中空角锥反射镜,扩大了该方法的适用范围,从原理上论证了该方法的可行性。

高光谱分辨率近红外CO_2成像光谱仪设计与模拟

为满足大气CO2吸收光谱测量的要求,基于成像光谱仪基本工作原理和光学设计理论,设计了一种近红外CO2吸收光谱高光谱分辨率成像光谱仪。它采用简单平面反射光栅光谱仪结构,由入缝、两片聚焦透镜、平面反射光栅及两片成像透镜组成。透镜材料为普通常用光学玻璃,为减化系统结构透镜采用了二次非球面设计。采用ZEMAX软件对近红外光谱仪的光学系统进行了优化设计与模拟分析。最终设计与模拟分析结果表明,该光学系统光谱范围为1591～1621nm,分辨率<0.08nm,F数为1.8,满足设计要求。

非制冷热红外成像光谱仪内部杂散辐射的分析与抑制

尺寸小、成本低和寿命长的非制冷热红外成像光谱仪对探测高温目标有巨大潜力,但其严重的内部噪声会降低检测灵敏度。非制冷热红外成像光谱仪主要的噪声包括探测器噪声、光机元件表面散射杂光引起的噪声、光栅非工作级次产生的杂光噪声和光机元件自身的背景辐射噪声。推导了包含上述噪声的噪声等效温差(NETD)公式,以Offner型热红外成像光谱仪为例,分析NETD与系统F数和机械元件内表面光学属性等主要影响因素之间的关系,研究了光机表面抛亮处理在抑制光谱仪内部背景辐射噪声方面的能力。最后,采用像元间线性关系法扣除了剩余的噪声,使探测信号与目标本身信号基本一致。

嫦娥三号红外成像光谱仪

嫦娥三号红外成像光谱仪安装于巡视器上，在月面温度、月尘等恶劣环境下，在国际率先原位实现月面目标的光谱成像探测。红外成像光谱仪获取月面目标高分辨率的可见至短波红外谱段的图像及光谱数据，为月表矿物组成与化学成分综合分析提供科学数据。

红外干涉光谱仪非均匀性在线校正与仿真（英文）

由于红外干涉成像光谱仪结构的特殊性,其非均匀性在线定标与校正是工程上一直没有得到有效解决的技术难题。通过对光谱仪结构的深入分析,对空间调制红外干涉光谱仪研究出了一种有效的非均匀性在线定标与校正方法,并建立了相应的仿真模型,实验结果表明算法是正确的和有效的。研究成果为星载空间调制红外干涉成像光谱仪非均匀性的在轨定标与校正奠定了良好的技术基础。

近红外化学成像显微镜

本发明提供一种采用红外显微镜的化学成像系统。它包括一个照明光源和一台近红外成像光谱仪。工作时，照明光源用近红外辐射和可见光对样品进行照射。然后，来自样品被照射区域的近红外辐射经透射、反射、发射或散射后被会聚起来，形成一束准直光束。

基于TASI热红外数据的黑土土壤发射率光谱与土壤全钾含量关系研究

土壤钾元素含量是评价土壤营养程度重要的指标之一。利用热红外发射率(TASI)数据对钾元素的反演研究较少且模型精度较低。利用在黑龙江海伦地区采集的热红外航空成像光谱仪TASI数据,经过预处理和温度与发射率分离后,探究黑土土壤热红外发射率与钾元素含量关系。在对比了常规的多元逐步回归与偏最小二乘建模方法后,使用了一种新的逐步回归方法-全二次多元逐步回归建立模型,相对于常规多元逐步回归,引入了更多的参数进行模型的建立,有效提高反演精度。研究发现,土壤发射率数据对于选用有效特性波段建立的模型对钾元素具有较高的反演精度,所选特征波段均为负相关,波段分别为6(8.602μm), 11(9.150μm), 15(9.588μm), 23(10.464μm),相关系数依次为-0.658,-0.673,-0.645和-0.627。钾元素通过多元逐步回归建模与预测的均方根误差RMSE:0.027和0.032,判定系数R^2:0.667和0.82,相比于常规多元逐步回归建模与预测的均方根误差RMSE:0.031和0.031,判定系数R^2:0.569和0.78与偏最小二乘法建模与预测的均方根误差RMSE:0.033和0.037,判定系数R^2:0.45和0.51评价指标精度均有所提高,说明该方法有效提高了利用发射率数据对钾元素的反演精度。在利用学生化残差对模型进行去除异常值的改进后发现,建模精度有了明显提高但是测试精度却有所降低,过度拟合训练集数据导致模型泛化性下降,因此不建议对模型过度拟合。

太湖水体中微塑料和纳米塑料的鉴定和定量

近年来,微塑料(<5 mm)已在各种环境甚至生物体中被广泛检出。然而,人们对环境中粒径小于1μm的纳米塑料的赋存还知之甚少。以太湖竺山湾近岸带水体为研究对象,利用不同孔径滤膜通过分级过滤、H_(2)O_(2)消解、过滤富集等方法对水样进行处理,将样品颗粒分成3个尺寸范围(>20、1~20和0.1~1μm)。利用扫描电子显微镜(SEM)、激光红外成像光谱仪(LDIR)与热裂解-气相色谱-质谱联用(Py-GC/MS)等技术手段,综合分析太湖采样点水体中微塑料和纳米塑料的赋存情况。结果显示,水体中纳米塑料(0.1~1μm)主要以PET、PP和PS为主,并且其含量远高于微塑料。已有研究证明纳米塑料有更高的生态健康风险,因此需要对环境中纳米塑料的赋存情况进行精准的定性及定量分析。

极轨卫星热红外地表温度日变化模拟

针对极轨卫星热红外数据不能提供地表温度日变化信息的问题,从热传导方程出发,提出了一个三参数地表温度日变化模型。该模型利用中分辨成像光谱仪MODIS获取的一天4次观测数据,通过最小二乘拟合方法,实现了地表温度日变化的模拟。研究结果表明,该模型应用于MODIS数据时,可以很好地模拟一天中地表温度随时间的变化。为了评估地表温度日变化模型的模拟精度,进一步将该模型应用于可旋转增强的可见光和红外成像光谱仪SEVIRI数据。结果表明,模型模拟精度的直方图峰值位于1.2K左右,大部分像元的模型模拟精度都优于3K。

一种红外背景数据库(上)

1 引言 为了研究目标/背景现象,需要对红外背景的空间、光谱及时间特性进行表征。要使这项工作做到切实可行,就必须收集大量背景数据。而要实现这一目标,唯一的办法就是对所选的背景地形反复进行测量,以建立一个数据库。

嫦娥三号巡视器有效载荷

嫦娥三号巡视器配置了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪四种科学探测有效载荷.介绍了有效载荷的科学探测任务、系统设计方案和系统组成,描述了各有效载荷的方案设计要点,设计中的主要关注点及主要技术指标等.

“新视野”的眼睛

科学仪器是“新视野”的“眼睛”。“新视野”携带了7台重30千克的科学仪器。其中光学设备有3台。分别是：远程勘测成像仪、可见一红外成像光谱仪、紫外成像光谱仪，分别拍摄可见光、红外和紫外图片。另外4台仪器分别是：太阳风测量仪、无线电科学实验仪、能量粒子谱仪、学生尘埃计数器，分别用于测量冥王星附近和表面的太阳风、大气、能量粒子和尘埃。

模拟月壤的Hapke模型参数反演方法

Hapke模型是描述行星表面光度行为的辐射传输模型,利用行星表面多角度反射率数据可以反演得到Hapke模型参数,研究行星表面的物理和光度特性.Hapke模型参数的反演需要覆盖相角范围足够大的反射率数据,而行星遥感和就位探测时很难覆盖足够大的相角范围.因此,如何利用有限的多角度数据获取准确的模型参数是一个重要的研究课题.实验室提供了获取大范围角度下反射率数据的实验条件,可以在实验室条件下研究Hapke模型参数反演方法.通过实验室ASD光谱仪和Chang’E-3红外成像光谱仪鉴定件获取的橄榄石和模拟月壤多角度反射率数据进行实验,结果表明有限观测角度可以获取比较准确的模型参数;通过分析Hapke模型参数得到橄榄石和两种模拟月壤的光度和物理特征.