侧摆扩视场型干涉光谱成像仪通过在光学系统前增加侧摆反射镜来实现视场扩展的功能,然而增加侧摆反射镜会使得不同视场不同通道的光线交错分布,无法使用传统消杂光设计,给杂散光抑制带来困难。针对此类型光学系统提出了一个消杂光设计方法。当侧摆反射镜位于0°、15°、-15°视场位置时,对可见近红外系统和短波红外系统进行了点源透过率(PST)仿真分析。分析结果表明,对于所有侧摆反射镜位置,在视场外0.5°位置处空间视场方向和光谱视场方向的PST可降低至10 ^-3。基于观测模式,对高光谱成像仪在轨工作时的信号源与杂光源进行分析。基于PST仿真结果,对杂光源在焦平面处产生的杂光能量进行研究,并分析了高光谱成像仪的信杂比,侧摆反射镜位于0°视场位置时可见近红外系统的信杂比为0.1%,短波红外系统的信杂比为0.6%。结果表明,所提的杂散光抑制措施有效,满足星载高光谱仪对杂散光的技术要求。

混合像元的存在是制约高光谱遥感应用精度的主要原因, 因此必须进行高光谱解混合。端元提取作为高光谱解混合的关键, 往往易受噪声和异常点的干扰。为了提高端元提取精度, 针对高光谱端元提取提出了一种空谱联合的预处理方法。首先, 定义了新概念光谱纯度指数, 主要用于预估高光谱图像中每个像元的光谱纯度; 其次, 给出了基于光谱纯度指数的空间去冗余方法, 利用真实地物的空间分布连续性, 判断和移除高光谱图像中冗余像元, 最终形成精简的候选端元集。实验结果表明: 采用提出的预处理方法后, 对于模拟高光谱图像, 提取的端元与原始端元之间夹角平均减少了9022 3°, 候选端元数量少于原始像元数量的10%。该预处理方法不仅有效消除了噪声和异常点的干扰, 提高了端元提取精度, 且大幅降低了时间复杂度。

TeO2非共线声光可调滤波器（AOTF）是一种优良的电调谐分光器件, 具有体积小巧、 稳定性高、 调谐快速、 可实现便携等优点, 在超光谱成像领域具有很高的应用价值。 通过非共线AOTF与光学倒置显微镜有机结合, 建立了声光滤波超光谱显微成像系统； 在可见光范围内, 开展了人体皮肤鳞状细胞癌组织的超光谱显微成像实验研究, 获得了一系列不同衍射光中心波长下的皮肤鳞状细胞癌组织的光谱和对应的显微图像。 系统性能检测实验结果显示, 在超声频率为110～180 MHz范围内的衍射光带宽仅为1.28～2.84 nm, 表明本研究中的AOTF具有很高的光谱分辨率, 达到102个光谱通道量级, 完全可以满足超光谱显微成像对生物组织结构进行精确识别的需要。 本系统采用高质量的TeO2晶体、 双胶合透镜以及优化的射频驱动源, 有效地抑制了衍射光光谱的旁瓣。 分析了超声频率与衍射光中心波长的调谐关系, 以及超声频率与对应衍射光谱带宽的关系曲线, 实验结果与理论计算结果有着较好的一致性。 系统实验获得的皮肤鳞状细胞癌组织显微图像随光波长漂移不显著, 表明超光谱成像系统的图像稳定性高。 通过对比, 分析了不同中心衍射光下的皮肤鳞状细胞癌组织显微图像的清晰度随光波长的变化规律, 在522.52 nm时, 皮肤鳞状细胞癌组织内部各精细结构区分明显, 图像最为清晰。 通过定义透射差异系数, 分析了图像整体亮度曲线和透射差异系数随光波长变化曲线, 其变化规律与直观观察结果相符合； 对皮肤鳞状细胞癌组织图像进行了边缘提取分析, 得出在497.87～551.29 nm内, 可在整体视野较为明亮的情况下对皮肤鳞状细胞癌组织进行观察和研究, 在509.69～527.59 nm范围内, 组织边缘明亮清晰且完整, 是进行皮肤鳞状细胞癌组织结构精确识别与分析的最佳窗口。 该研究为人体皮肤鳞状细胞癌组织结构简便、 灵活、 快速地检测与识别提供了一种新方法。

针对紫外成像存在噪声干扰的问题, 为获取高品质的紫外图像及对目标准确检测, 对典型紫外成像系统进行了研究。分析了紫外成像噪声干扰原因, 建立了紫外目标场景模型。并以此研究紫外图像复原方法, 对单幅图像进行门限处理, 去掉背景噪声。然后对连续多帧图像进行均值处理和时域递归滤波, 阈值分割后得到较好的图像输出。从图像输出结果可以看出, 多帧图像均值处理和时域递归滤波都能有效地去除紫外图像中的随机噪声, 特别是时域递归滤波方法对于图像复原有更好的效果。

利用波长为 1.06 μm、单脉冲能量约为 500 mJ的脉冲 Nd:YAG激光经焦距为 300 mm的正透镜聚焦, 使焦点处激光能量密度剧增而引起大气分子中的原子电离, 在发生同波长激光散射和多光谱电磁辐射现象的同时, 开展空间分辨光谱的探测, 获得 1.06 μm脉冲激光经大气等离子体散射的空间分布情况。采用 HR4000光谱仪对散射情况进行测量分析, 通过计算机模拟计算得到等离子体对 1.06 μm激光散射的方向图, 基于 Mie理论解释了入射波长为 1.06 μm脉冲激光散射角与散射强度之间的关系。

研究了向列相液晶缺陷TiO2和SiO2交替的光学多层膜一维光子晶体透射谱偏振敏感特性。 外电压下透射光谱测试和模拟结果显示, 对于平行取向的向列相液晶, 当自然光垂直入射时, 禁带中两处出现e(TE模式)光和o光(TM模式)透射峰, 具有偏振敏感性。 随着电压增大, e光透射峰蓝移与o光透射峰合二为一, 光谱可调谐范围分别为31和34 nm; 而对于取向混乱的向列相液晶, 禁带中两处出现独立的透射峰, 无偏振敏感性。 随着电压增大峰位也蓝移, 光谱可调谐范围分别为64和15 nm。 通过混乱取向液晶分子, 可以使o光和e光有效折射率值相等, 获得偏振不敏感特性。