1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室，安徽 合肥 230031
空间外差拉曼光谱技术因其非接触、无损、快速、高稳定性和高光谱分辨率等特点，已经广泛应用于各个物质探测领域。由于复原光谱中存在荧光背景干扰，对样品进行定性和定量分析时需要对光谱进行基线校正。为了解决由拉曼峰引起的拟合基线抬升的问题，提出了一种改进的自适应迭代重加权惩罚最小二乘（airPLS）的基线拟合方法，即基于拉曼峰截断的airPLS基线拟合方法。该方法能够自动识别拉曼峰，并在对光谱进行拉曼峰截断后进行airPLS迭代拟合，以获得更准确的基线。使用仿真光谱和实测光谱进行验证，并与常见的基线拟合方法进行对比，结果显示，改进的airPLS基线拟合准确度显著提升，仿真光谱的基线拟合均方根误差优于0.0052。实测拉曼光谱的校正谱特征峰清晰可见，荧光基线趋势被有效去除，满足拉曼光谱数据处理的需求。
拉曼光谱 空间外差 基线校正 最小二乘法
丁毅 1,2,3罗海燕 1,2,3,*李志伟 1,3施海亮 1,2,3[ ... ]熊伟 1,2,3
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
时空联合调制型空间外差干涉成像光谱仪(TS-SHIS)在对目标推扫成像过程中,指向镜推扫误差、指向镜定位误差或卫星运动平台振动等会引起目标对应像点(x',y')偏离理想位置(x,y),导致其与相邻的若干空间分辨单元之间存在光谱掺杂现象,进而影响干涉数据重构及复原光谱精度。基于TS-SHIS机理,针对运动误差引起的目标光谱线性混叠、不同程度的地表反射率差异对复原光谱精度的影响等问题进行了分析;建立了以相邻目标掺杂比、地表反射率差异为变量的混合目标干涉函数关系。依据MODIS卫星载荷观测数据,对中国地区不同空间分辨率地表反射率差异进行了分析;以相对光谱二次误差为评价函数,讨论了典型高轨平台姿态参数对不同空间分辨率目标复原光谱精度的影响,该研究为下一代高轨、高时空分辨温室气体探测技术提供技术基础。
测量 时空联合调制 空间外差干涉成像光谱仪 运动误差 地表反射率差异 相对光谱二次误差 丁毅 1,2,3罗海燕 1,2,3,*施海亮 1,2,3李志伟 1,3[ ... ]熊伟 1,2,3
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
时空联合调制型空间外差干涉成像光谱仪(TS-SHIS)推扫图像中有明显的干涉条纹,这会导致传统的图像配准方法对TS-SHIS推扫图像配准计算结果的影响较大。鉴于此,提出一种基于目标干涉数据的自适应条纹模板构建方法,采用该方法消除TS-SHIS推扫图像中的干涉条纹,并利用曲面拟合加梯度法对消条纹后的推扫图像进行图像配准。仿真及实验研究结果表明,所提方法能够有效消除TS-SHIS推扫图像中零光程差处的干涉条纹;干涉条纹对配准计算的影响得到抑制;消条纹处理对图像配准计算结果的影响在0.02 pixel以内。
光谱学 时空联合调制 空间外差干涉成像光谱仪 图像配准 条纹模板
介绍了一种LVTTL电平输出的恒比定时电路。该电路通过信号放大、比较、电平转换, 最终接入FPGA芯片, 在FPGA芯片内部用延迟链方式直接实现测时功能。电路采用LVTTL电平输出, FPGA端可以直接识别该电平, 与传统的设计相比, 该设计省去了专用测时芯片, 节约了成本, 兼顾了体积要求。同时, 该电路有望解决激光雷达系统功耗大、定时精度不高的问题。
恒比定时 LVTTL电平 比较器 现场可编程逻辑门阵列(FPGA) constant fraction discrimination LVTTL level comparator field programmable gate array(FPGA)
提出了一种收集激光切割产生的热辐射光的光学装置,该装置可加入激光切割的光路中,不影响激光的正常传输,同时可以对激光穿透和切割过程进行监控。首先,利用ZEMAX进行光路设计,通过特殊的反射镜将热辐射光从激光光路中反射到激光光路外,最终良好地进入到传感器中。然后,利用三维结构设计软件将热辐射光收集光路结构加入到激光切割头的内部。最后,利用TRACEPRO光线追迹功能仿真设计结果,模拟得到切割头实际工作时传感器收集到的热辐射光情况。输出的实际测试曲线显示,该光学装置收集到的热辐射光能够明显判断出激光穿透时间点和切割时的异常情况,表明此设计方法是可行的。该装置可用于提高切割质量和保护昂贵的激光器,具有很好的实用性。
激光 热辐射 光学装置 laser thermal radiation ZEMAX ZEMAX optical device
基于时间飞行原理的机械式激光雷达,采用高频短时序多脉冲测量值的平均值作为目标距离值的方法,会造成目标物之间的点云数据中存在虚点的现象。为剔除虚点,分析了虚点深度与邻点距离之间的关系,提出了轻量级虚点识别公式,并在SICK Tim561激光雷达上完成了试验。试验结果表明：所提出方法能有效去除虚点,提高点云质量。
点云滤波 虚点识别 轻量级 单线激光雷达 point cloud filtering virtual point recognition lightweight single line lidar
王维佳 1,2,3罗海燕 1,2,3李志伟 1,3熊伟 1,2,3,*麻金继 3,4,**
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
4 安徽师范大学地理与旅游学院, 安徽 芜湖 241003
气辉是中高层大气的重要光化学现象,其中O2 A带(762 nm)气辉是进行中高层温度探测的最佳观测目标之一。基于Optical Spectrograph and InfraRed Imaging System(OSIRIS)在2008年间探测的O2 A带夜气辉辐亮度数据,研究了该气辉全球性时空分布特征。对于夜气辉辐亮度在不同纬度带内的海拔-季度分布,研究结果表明,O2 A带夜气辉辐亮度的高值存在于海拔95 km附近,同时南北半球A带夜气辉辐亮度随季节的变化特征刚好相反,北半球辐亮度高值出现在第二、三季度,而南半球辐亮度高值出现在第一、四季度。另外,对于夜气辉辐亮度在不同季度的纬度-经度分布,发现O2 A带夜气辉在经向分布较均匀,而纬向分布波动较大。辐亮度高值所在的纬度区间在不同季度具有差异性。研究结果与相关文献相似,证明了本结果的正确性。同时,从气辉季度变化规律和影响因素的角度分析,推断夜气辉的分布具有周年往复的趋势。O2 A带夜气辉的时空分布特征对后续仪器设计的研究有重要意义。
大气光学 O2 A带夜气辉 中高层 空间分布 时间分布 光学学报
2021, 41(12): 1201001
丁毅 1,2,3罗海燕 1,2,3,*施海亮 1,2,3李志伟 1,3[ ... ]熊伟 1,2,3
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
针对已完成光栅胶合的一体化干涉仪组件,提出了一种利用平场校正滤光片形成高频外差干涉调制数据进而进行系统级平场校正的方法。依据空间外差光谱技术干涉调制的原理,给出了平场校正所需的外差干涉频率范围(即平场校正滤光片的光谱范围)的计算方法。通过理论和仿真分析确定了平场校正滤光片的主要技术参数,并进行了实验验证。实验结果表明,该平场校正方法使复原光谱的平均信噪比提升了115.7%,复原光谱的固定频率噪声和高频段光谱失真的抑制效果尤为显著。
光谱学 空间外差光谱仪 平场校正 干涉调制 滤光片 复原光谱 光学学报
2020, 40(19): 1930002
针对光伏用电致发光缺陷检测仪空间分辨率目视判定重复性、准确性差, 并且难以量化等问题, 提出一套基于卷积神经网络模型的空间分辨率量化评估方法。参照相关标准JJF(闽)1088-2018, 采取不同的拍摄条件拍摄并切割出空间分辨率线对图像, 对图像进行人工分类。设计卷积神经网络结构, 采用卷积层、池化层和全连接层结构, 并使用已分类完成的空间分辨率线对图像对模型进行训练。最终使用测试集对模型进行评估, 结果表明, 模型在测试集上的判别正确率达到99.2%。该方法满足使用要求, 可取代目视判别, 提高了光伏用电致发光缺陷检测仪空间分辨率判定的准确性与重复性, 并为其量化提出了新的解决思路。由于太阳电池片用光致发光缺陷检测仪与光伏用电致发光缺陷检测仪的成像方式类似, 该方法可兼容太阳电池片光致发光检测仪的性能评估。
光伏 电致发光 缺陷检测仪 空间分辨率 卷积神经网络 光致发光 photovoltaic electroluminescent defect detection spatial resolution convolutional neural network photoluminescence
