为了快速实时地预处理声光可调谐滤波器(AOTF)成像光谱仪的数据, 分析了AOTF成像光谱仪数据特点及预处理算法, 采用数字信号处理器(DSP)作为核心器件代替传统的PC机处理平台, 提出了一种基于两片ADSP-TS201的外部总线共享与链路口混合耦合的双DSP并行处理系统方案。结合实际需求, 设计了流水线处理方式并合理分配预处理任务。用实验方法对系统的功能进行了验证, 结果表明: 双DSP并行处理系统完成一帧AOTF成像光谱仪数据的预处理仅需235 ms, 比原有PC机处理速度提高了13倍左右, 满足了实时性要求, 促进了AOTF成像光谱仪系统化、模块化、小型化并兼具实时处理能力的发展。

声光可调谐滤波器(AOTF)成像光谱仪是一种新型高光谱成像系统。 针对系统存在的波段间辐射灵敏度差异较大, 低照度条件下部分波段信噪较低的问题, 引入了电子倍增CCD(EMCCD)作为感光器件。 对该原理仪器在普通和电子倍增两种工作模式下的噪声进行了分析, 推导了信噪比模型, 并利用研制的原理样机进行了实验验证。 在此基础上, 提出了电子倍增模式下系统动态范围的评价方法, 给出了以入瞳光谱辐亮度为判据的工作模式选择方法。 结果表明, 信噪比模型与实测结果吻合, 电子倍增模式的合理选择有效提高了低照度条件下的信噪比, 改善波段间辐射灵敏度的非一致性。

面向火星探测, 设计并研制了一种基于声光可调谐滤波器(AOTF)原理的成像光谱仪地面原理样机。该样机由前置光机系统和后置电子学系统组成, 光学系统采用消色差远心光路结构, 工作波段为550~1 000 nm, 光谱分辨率为0.9~4.0 nm。在电子学系统中引入可编程片上系统技术, 并设计了新型SpaceWire高速总线接口用于数据传输。样机在实验室定标的基础上, 搭载于模拟火星探测器上进行了成像试验。试验结果表明: 样机成像质量良好; 与ASD光谱仪的一致性对比检验表明, 光谱测量准确可靠, 两者数据匹配精度超过96%。SpaceWire接口实现了100 Mb/s数据率的稳定传输, 满足设计指标25 Mb/s的要求。样机的研制为AOTF成像光谱技术在火星遥感探测领域的应用奠定了技术基础。

利用CCD中的部分坏点作为温度敏感器，提取CCD温度估计值，建立温度估计值与暗电流的函数模型，并结合均值滤波的方法，在真实场景图像中提取CCD温度估计值，实现了面阵CCD的暗电流估计。在方法分析的基础上，以真实的暗电流数据为基准参考，对暗电流的估计结果进行了比对实验。实验结果表明，在不同的积分时间及大动态范围的成像条件下暗电流的估计结果十分准确，偏差小于0.4%，并且具有一定的抗噪性。该方法利用场景本身的特征信息对拍摄时刻的暗电流进行估计，不需要额外采集暗电流数据，节省了图像采集时间，十分适合于积分时间较长的高光谱成像或天文观测领域，采用无温度控制的低成本CCD成像探测系统进行实时图像采集。

提出一种新型全偏振多谱段成像系统, 将液晶相位可变延迟器LCVR应用于全偏振成像技术, 在可见-近红外波段上可快速实现光的全偏振态的精确调制。 系统由光学镜头、 LCVR、 偏振片、 滤波片和CCD探测器组成。 文章首先介绍了系统结构、 工作原理和光学设计, 并提出了适合本系统的偏振定标方法, 建立了偏振定标系统, 实现了利用较小面积的偏振源对系统进行高精度偏振定标； 再利用该成像系统进行了室外试验, 获取了全偏振光谱图像, 所获取的图像有较高的空间分辨率和光谱分辨率, 最后对图像进行初步的数据处理, 得到了被测物的偏振度图像。 试验验证了该成像系统的全偏振多谱段数据成像获取能力,成像数据可应用于目标识别、 目标分类等方面的分析。

为了控制透射式旋转对称光学系统中的偏振效应,提高系统的光学性能,对该系统中的偏振像差进行了分析。在偏振像差理论的基础上,用偏振光线追迹法导出了该系统偏振像差的计算公式。对影响偏振像差的因素进行了分析,提出了透射式旋转对称光学界面产生的偏振像差的影响因子。最后,对一望远物镜进行了偏振像差分析,结果显示,入射角为18.77°时所产生的偏振像差是入射角为7.86°时的5.5倍;镀有膜系Layers2时的偏振像差比镀有MgF2膜时减小了约30％;λ=1.1 μm时的偏振像差约为λ=0.55 μm时的10倍。分析结果表明,对于具有宽光谱、大入射角、大视场等特点的透射式旋转对称光学系统,要想提高其光学性能,必须控制偏振像差。尽可能减小入射角的大小,将薄膜设计和光学设计结合起来,通过减小偏振分离的方式来降低系统中的偏振效应,是控制光学系统中的偏振像差的有效措施。

声光可调谐滤光器(AOTF)的谱线半峰全宽（FWHM）以及换能器结构的不理想导致图像退化, 空间分辨率降低。为了提高光谱数据的空间分辨率, 将计算机断层图像复原中的期望值最大化（EM）算法应用到降质图像预处理中, 可在对图像模糊降质程度估计不准确时进行运算, 利用迭代求解逐次逼近最终收缩于原始目标。实验结果表明, 该算法不依赖于数字图像周期拼接的假设, 因而有效避免了传统的去卷积复原算法中产生的边界振铃现象, 提高了图像的空间分辨率, 图像质量得到改善。该算法对改善AOTF高光谱成像质量有较大意义。