1 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州，310024
2 中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
视频光谱成像技术是目前遥感探测发展的一个重要方向，可以实现4维信息获取（两维空间+光谱+时间），对于动态目标探测等应用场景有十分重要的意义。目前的技术手段是以滤光片方式为主，不具备光栅作为分光元件时的高光谱分辨率优势。基于此，提出了非耦合狭缝阵列扫描光谱成像（uSASHI）和编码狭缝阵列扫描光谱成像（cSASHI）系统，通过增加狭缝数目的方式，实现同一时刻多个视场信息的获取，极大地提升信息获取效率。uSASHI的每个狭缝获取信息之间不会耦合，n条狭缝可以实现n倍的信息获取效率的提升，cSASHI的狭缝按照压缩感知理论排列，可以实现欠采样条件下（采样率α≤1）视频光谱成像，信息获取效率可以提升n/α倍。本文设计的系统最终实现了1024*496*30的光谱数据立方体10 Hz视频光谱成像方式，cSASH实现了更高帧频。所提系统为视频光谱成像技术提供了新的方向，为未来动态目标探测等应用打下了基础。
视频光谱成像 计算成像 压缩感知 遥感 video spectral imaging computational imaging compressed sensing remote sensing 红外与激光工程
2022, 51(7): 20210866
强激光与粒子束
2022, 34(3): 031014
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
4 上海科技大学信息科学与技术学院，上海 200020
基于压缩感知的光谱成像系统需要合适的算法解码采样数据才能得到最终的光谱成像数据，传统单稀疏域变换算法会带来光谱细节损失等问题。针对该问题，本文提出了利用双稀疏域联合求解的方法（JDSD），将信号分解为低频部分和高频部分，并针对不同频率信号特点分别进行稀疏恢复，进而解码求解以实现高精度恢复信号。在数据验证中，首先利用OMP算法在频域内对光谱信息轮廓进行恢复，利用IRLS算法在空间域内对光谱细节进行补偿，分析了不同稀疏变换对于参数设置的影响，测试了不同算法组合的JDSD对于测试数据的恢复结果。对于500种光谱数据仿真测试表明，双稀疏域联合求解可将光谱恢复保真度大大提升，20%采样率情况下，SAM和GSAM指标由传统方法的0.625和0.515分别提升为0.817和0.659，80%采样率情况下，SAM和GSAM指标由传统方法的0.863和0.808分别提升为0.940和0.897。JDSD算法可以使得光谱吸收峰等细节特征得到高精度保持，对于基于光谱的特征分析、物质识别等应用具有十分重要的意义。
光谱成像 光谱特征恢复 计算成像 压缩感知 spectral imaging spectral feature recovery computational imaging compressed sensing
1 中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光电技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海科技大学 信息科学与技术学院, 上海 201210
4 国科大杭州高等研究院, 杭州, 310024
为解决传统色散型高光谱成像仪扫描速度慢和编码孔径光谱成像系统存在部分信息失真或丢失、光谱重构复杂度高等问题, 设计了一种基于均匀分布狭缝阵列的光谱成像系统, 在编码孔径光谱成像系统的基础上, 采用微位移电机控制阵列编码狭缝对成像视场进行微扫描, 以实现光谱不混叠成像, 在满足一定成像帧频的条件下实现动态场景的无损探测。仿真结果表明: 在光谱图像重构质量与单狭缝系统结果一致的前提下, 该系统的采集效率提升了17倍; 空间结构相似度和光谱保真度分别是50%压缩采样率编码孔径光谱成像系统的1.8倍和1.17倍, 在完成仿真的基础上, 搭建实验装置进行了可行性验证。
光谱成像 编码孔径 计算光谱 压缩感知 快照 spectral imaging coded aperture computational spectrum compressive sensing snapshot
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院大学杭州高等研究院, 浙江 杭州 310024
4 上海科技大学信息科学与技术学院, 上海 201210
目前的光谱相似度评价方法主要基于光谱形状和幅值两种信息, 但这两种信息仅仅能体现出光谱的轮廓, 并不能很好的反应地物光谱的吸收峰等“指纹”特征, 为了更好的体现出光谱特征在评价中的作用, 提出了基于一阶梯度信息的光谱相似度评价方法。 首先对传统光谱角度匹配度评价方法SAM进行了改进, 提出MSAM评价方法, 进而提出了调整的梯度光谱角度匹配(MGSAM)法。 MGSAM比较了两条光谱曲线的梯度角匹配度, 光谱曲线的梯度信息可以突出光谱吸收峰等“指纹”特性的存在, 因此MGSAM可以充分体现出两条对比曲线的光谱特征相似度。 分析了偏置信息和光谱深度对于MSAM和MGSAM的影响, 指出MGSAM对于偏置信息具有更强的鲁棒性, 且可以客观地反映出光谱深度差异, 进而直观地反映出光电系统或相关算法的光谱特征保真能力。 将MGSAM作为评价方法应用到压缩感知光谱成像系统评价中, 仿真结果表明, 随着采样率的变化, MSAM的值在 0.998~1之间, 而MGSAM的值在0.72~1之间, 具有明显的变化并具有较大的差异性, 可以客观地反映出压缩感知系统对于光谱特征的保真能力, 并具有更强的差异化分辨力, 为该类系统提供了一个更客观的评价方法。 将MGSAM应用到了基于光谱相似度的地物分类中, 测试数据选择了Salinas, Pavia和Indian Pines三个公开数据, 结果显示基于MSAM的平均分类精度为0.86, 基于MGSAM的平均分类精度0.93, 由此说明MGSAM可以突出光谱特征在分类中的作用, 大大提高了分类精度。
光谱相似度 评价方法 压缩感知 地物分类 Hyperspectral image Compressed sensing Coded aperture LC optical shutter
薛喜平 1,2,3李春来 1,2,3张洪波 1,2,3孔德庆 1,2,3,*[ ... ]汪赞 1,2,3
1 中国科学院国家天文台, 北京 100101
2 中国科学院月球与深空探测重点实验室, 北京 100101
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 中国科学院云南天文台, 昆明 650000
提出了一种基于全球导航卫星系统差分的天线阵大气相位扰动实时修正方法，以高稳定度的原子钟作为外频标，利用导航卫星载波相位的单差与历元上的双差，并通过星历扣除由于卫星运动引起的相位变化，在周跳检测和修正后，通过长周期的拟合消除卫星轨道和站坐标误差的影响，最后通过双频或多频信号实现两地电离层和对流层扰动的实时测量.在国家天文台北京密云站和云南昆明站分别部署了一套全球导航卫星接收设备，进行异地大气相位扰动实时修正方法的实验验证.利用双频载波相位测量数据对第三频率进行修正，结果表明，在不同天气条件下修正后的大气相位扰动均方根达到1.9 mm，表明该方法可用于射电天文和深空探测中天线阵的大气相位扰动修正.
大气测量 天线组阵 全球导航卫星系统 载波相位差分 大气相位扰动 Atmospheric measurement Antenna array Global Navigation Satellite System Carrier phase difference Atmospheric phase perturbation
1 中科院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
针对短波红外焦平面光谱仪传统曝光方式在一大类应用场景中的不足之处，提出了一种提高短波红外焦平面光谱仪成像信噪比的均衡曝光技术：即给予焦平面上不同光谱维以不同的积分时间来提高整个焦平面的成像信噪比。实验系统包括中科院上海技术物理研究所自主研制的短波红外焦平面探测器、探测器驱动电路、信号采集与处理电路、上位机软件等。实验对比了3.31 ms、5.76 ms、8.22 ms、10.68 ms、13.14 ms 这5 档积分时间的信噪比及其对比，经过测试，在忽略驱动及读出电路噪声的情况下，实验值与理论值接近，该技术有效提高了红外光谱仪成像信噪比。
短波红外 光谱仪信噪比 均衡曝光 short-wave infrared，signal to noise ratio of spec
