一次性口罩的分类识别在法庭科学物证鉴别中具有重要意义,因此,提出了一种基于拉曼光谱和机器学习的一次性口罩分类识别方法。首先,采集来自不同城市、不同厂家生产的37种一次性口罩样品的拉曼光谱数据。然后,利用Savitzky-Golay平滑和归一化算法对数据进行预处理,通过主成分分析法和拉曼光谱特征峰对照方法划分口罩类别。最后,构建了基于支持向量机(SVM)、贝叶斯判别分析和前反馈(BP)神经网络的一次性口罩分类识别模型。实验结果表明,SVM模型训练集和测试集的准确率分别为93.3%和100.0%,贝叶斯判别分析模型的训练集和测试集准确率均为100.0%,BP神经网络模型的训练集、验证集、测试集准确率分别为93.9%、60.0%、60.0%。因此,将贝叶斯判别分析模型作为口罩分类识别的最佳模型,为法庭科学技术的物证检验提供了一定的借鉴意义。

大口径干涉成像光谱仪通过视场扫描和数据重组获取目标的干涉序列, 理想情况下帧间视场移动量为1个像素。若扫描速度偏快或偏慢, 按照正常重组算法得到的干涉序列不是源自同一目标, 导致图像和光谱出现误差。根据像点在数据立方体中的移动规律, 提出了像点轨迹追踪法进行校正, 按照轨迹坐标对数据进行重采样获得同一目标的干涉序列信号并校正横向尺寸变形。并利用干涉立方体的投影图像对运动误差校正效果进行评估。

零级漂移存在于时空联合调制型紫外傅里叶变换成像光谱仪干涉图中。对干涉结构中分束体光路的计算表明，分束体中的光学胶和棱镜在紫外波长范围内的折射率变化会导致零级漂移。但是棱镜装配错位会使零级漂移更为严重，导致有效干涉信息丢失及反演光谱曲线失真。数值仿真结果表明，提高分束体装配精度，可避免有效干涉信息的丢失。实际测量结果表明，含固有零级漂移的时空联合调制型干涉成像光谱仪的反演光谱曲线与高分辨率光谱仪测量数据一致。当分束体装配精度较高时，零级漂移不会影响成像光谱仪测量的准确性。

高分辨率傅里叶变换成像光谱仪具有高空间分辨率和高光谱分辨率的特点, 但光谱重建时间冗长。通过对傅里叶变换光谱重建流程分析, 为研制的1024pixel(光谱维)×1024piexl(像宽)×1024piexl(像高)高分辨率紫外傅里叶变换成像光谱仪的数据立方体反演, 设计了一种并行优化算法。实验表明, 在6核处理器上对512M和2G的数据立方体进行变换, 时间分别只需88.33s和489.75s, 加速比分别为3.70和3.04, 大幅度提高了运算效率。如将该算法应用到更多内核处理器上, 可得到更高的加速比和更少的运算时间。

基线校正是傅里叶变换成像光谱仪光谱反演的重要环节，因为干涉曲线切趾、相位校正等光谱反演预处理步骤均需要在基线校正完成后进行。提出了一种用于基线校正的自适应差分滤波方法。该方法使用迭代算法动态调整加权均值滤波窗口。仿真结果表明，该滤波方法对直流趋势项的滤除更为彻底。利用实验室仪器获取的紫外潜指纹残留物光谱数据进行分析，结果说明，在仪器工作光谱范围内，使用该方法进行基线校正后得到的光谱曲线与有效光谱曲线基本一致。该方法无需提前选择滤波窗口，具有自适应性。并且基于均值滤波算法的自适应差分滤波方法计算流程简单，迭代效率较高。

研究了两种仪器测量色度随色样光泽度变化的规律。基于Dalal-Natale-Hoffman1999 反射模型，预测三种几何测量条件下5 种光泽度的35 个色样三刺激值。采用非线性指数函数建立三种几何测量条件下黄色样和蓝色样光泽度-预测值明度、彩度和色调模型。结果表明，包含镜面反射(di∶8°)测量预测，随着光泽度增加，明度、彩度和色调保持恒定；排除镜面反射(de∶8°)和45°环形照明0°方向接收(45°a∶0°)测量预测，随着光泽度增加，色调保持恒定，明度减小和彩度增加。将仪器测量值明度、彩度和色调对预测模型进行验证。结果表明，黄色样的光泽度-明度、彩度和色调预测模型对其他光泽度下明度、彩度和色调的预测是可行的，蓝色样的光泽度-明度和彩度预测模型有待改进。

调整光谱仪的光谱分辨率, 可使光谱仪在满足不同目标测量需求的同时, 减少数据采集、 处理和存储的时间, 提高仪器的整体性能。 为克服传统傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率固定的缺点, 提出了一种分辨率可调的空间调制傅里叶变换光谱仪。 介绍了该新型光谱仪及其干涉仪的工作原理, 利用光线追迹的方法推导了光程差和横向剪切量的计算公式, 并分析了新型干涉仪的光程等效模型。 在此基础上, 分析了光谱分辨率的调节原理。 结果表明, 该光谱分辨率可调的新型空间调制傅里叶变换光谱仪克服了传统光谱仪分辨率固定、 稳定性差等缺点, 具有分辨率可调、 高稳定性、 结构灵活和易于装调等特点。 该研究内容为分辨率可调的干涉光谱仪的设计提供了理论基础, 扩展了傅里叶变换光谱仪的实用范围。

为了对八通道并行多光谱成像仪进行准确的辐射定标, 介绍了多光谱成像仪的工作原理, 分析了相机的辐射响应模型, 根据八个通道以及窄带滤光片的光谱响应特性及实际应用要求, 提出取每个相机的G通道输出作为定标通道。根据不同色温下积分球输出的光谱辐亮度和相机的曝光时间, 测量并拟合出相应的八通道相机辐射特性曲线。实验结果表明该方法可以准确地得到被测目标的绝对光谱辐射亮度曲线, 满足海洋表面多光谱数据的测量要求。

像平面式干涉成像光谱仪的光程差(OPD)线性度与光谱及图像重建精度直接相关。分析了光程差产生原理，通过分别对单个像面的正离焦及负离焦部分光程差进行讨论，给出了像平面式干涉结构在单侧及双侧离焦模式下的光程差表达式，并对两者在不同波长满足奈奎斯特条件时的光程差及其非线性残差进行仿真，并通过实验验证。仿真结果表明：系统在两种工作模式下的光程差非线性残差均随像面夹角增加而增大，单侧离焦模式零级点两侧光程差不对称，且负离焦部分残差较小；双侧离焦模式零级点两侧光程差对称，但非线性残差大于前者。实验结果表明，当工作波长较短时（如紫外），单侧离焦模式负离焦部分在实际应用中可认为满足光程差线性分布关系。

根据刑侦、物证等领域的应用要求，研制了一种工作波段为254~380 nm的大孔径傅里叶变换成像光谱仪。该系统采用具有高光通量的时间空间调制型结构以解决现有系统能量不足的问题。系统采用像平面式干涉仪与全反射式Offner成像镜相配合的方案，可实现干涉图上光程差近似线性分布。其在紫外波段最大可获得光程差与空间调制型干涉结构相同，理论最大波数分辨率为80 cm-1。系统前置物镜、分光立方体为熔石英材质，成像镜为全反射系统，在全工作波段内具有较高透射率。实验结果表明，系统可获取工作波段短波端附近的原始干涉图，能正确采集及重构目标的紫外波段光谱数据立方体；在使用汞灯照明时，可正确识别365 nm处发射峰。