1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
3 西安电子科技大学 电子工程学院，陕西 西安 710007
4 南京理工大学 计算机科学与工程学院，江苏 南京 210094
5 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100094
常规衍射光谱成像系统采用单通道方案，主要针对简单图形目标或光谱特征已知的气体目标进行模拟仿真和光谱成像实验。而当目标为自然场景等复杂景物时，成像系统的光谱解算效果和精度难以保证。针对复杂景物成像，设计了一套双通道可见近红外衍射计算成像光谱仪系统，在常规单通道衍射成像光谱仪系统的基础上，增加一路全色相机成像，可以为衍射成像通道提供复杂景物的全色信息和先验知识。将两个通道的数据进行联合处理，提升最终的光谱数据反演效果和反演精度。介绍了系统组成和基本原理，分析了系统性能，利用仿真程序模拟了系统成像过程。在实验室搭建了可见近红外衍射计算成像光谱原理验证装置。对实验得到的450~800 nm的可见近红外混叠光谱数据进行光谱复原。利用海洋光学光谱仪测试色板的光谱曲线作为标准谱线，与复原得到的光谱数据进行对比，反演的光谱数据平均精度优于90%。通过衍射计算成像原理分析、模拟仿真和原理实验，验证了双通道衍射计算成像系统原理的正确性，能够反演得到精度优于90%的复杂景物光谱数据，提升了衍射成像光谱系统应用潜力和应用价值。
光谱 衍射 计算成像 图像复原 spectral diffractive computational imaging image restoration 红外与激光工程
2022, 51(5): 20220077
1 北京空间机电研究所, 北京 100094
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室, 北京 100094
空间信息、光谱信息和偏振信息的同步获取将获得更多易于区分目标的特征信息。针对传统光谱偏振成像技术需要动态调制、光通量低、光谱分辨率有限和解算复杂等问题, 提出了一种基于光纤传像束和像元级偏振探测器的成像新模式, 将光纤成像光谱技术和像元级偏振信息快速提取技术结合, 以快照式方式同步获取目标的二维空间信息、一维光谱信息和四个角度的偏振信息。结合系统模型, 搭建了实验装置, 获取了 430~630nm(光谱分辨率约 1nm)的 200个谱段 4个角度的光谱偏振图像, 以及每个谱段的偏振度和偏振角。验证了该系统的光谱偏振成像数据同步获取能力, 技术原理正确可行, 未来将在天文观测、大气探测和目标识别等领域具有较高的应用价值。
光谱偏振成像 快照式 光纤传像束 像元级偏振探测器 spectral polarization imaging snapshot imaging fiber bundles pixel-level polarization detector
红外与激光工程
2020, 49(5): 20201005
1 北京空间机电研究所, 北京 100094
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室, 北京 100094
针对传统光谱偏振成像需要动态调制、光通量低和光谱分辨率有限等问题,提出了基于计算光谱成像和像素级偏振探测的成像新方法,以双通道形式单次成像获取目标高分辨率的空间、光谱和偏振信息。搭建了编码孔径光谱偏振成像通道和偏振成像通道的双路实验装置,得到了450~650 nm范围内25个波段在4种偏振态下的光谱数据立方体,以及每个波段的偏振度和偏振角。所提方法的光谱分辨率优于10 nm,光谱重构精度约为86.3%,相对单路成像方法,光谱重构精度提升了10.5个百分点。
图像处理 计算光谱成像 像素级偏振探测器 快照式 多维信息 激光与光电子学进展
2020, 57(14): 143601
光谱调制偏振测量技术是一种新型的偏振调制技术, 通过由消色差/4波片、 多级相位延迟器和偏振器组成的调制模块, 能够把入射光的偏振信息调制到光波的光谱维上, 得到线偏振度和线偏振角呈规律变化的正弦曲线。 设计解调算法对偏振调制后的光谱进行解调, 可以得到目标不同波长处的线偏振度、 线偏振角、 光谱及辐射信息。 文中阐述了光谱调制偏振测量技术的基本原理, 给出具体实现方案。 设计解调算法, 搭建实验平台并进行实验验证。 实验结果表明该技术的正确性及实际应用的可行性。 相对于传统的偏振调制方案, 该方案无运动、 电控部件, 具有体积小、 重量轻的优点, 一次测量即可得到目标的偏振信息, 而不是测得Stokes矢量后再经进一步计算。 本研究为新型空间偏振探测遥感器的开发提供一种新的技术途径。
光学测量 光谱调制 偏振 遥感 Optical measurement Spectral modulation Polarization Remote sensing 光谱学与光谱分析
2015, 35(10): 2906
针对传统光谱偏振成像系统普遍存在的系统结构复杂、需要动态调制、光通量低等问题,提出一种基于静态调制的光谱偏振成像系统,将静态调制偏振探测方法与Savart偏光镜干涉成像原理相结合,可在成像过程中实时获取目标的光谱信息和全部四个Stokes偏振信息.与传统系统相比较,该系统具有无运动部件、无需动态电控调制、没狭缝限制、光通量大等优点.介绍了系统组成和基本原理,搭建了实验装置,实验装置包括二次成像光学系统、偏振调制模块、干涉成像模块、CCD图像采集及数据处理模块等,成像谱段范围为可见光近红外(480~950 nm).利用实验装置对白板、飞机玩具模型进行了成像实验,验证了该系统的光谱偏振成像数据获取能力.对静态调制的偏振测量精度进行了验证,偏振测量统计误差小于5%.实验结果验证了系统原理的正确性和可行性,获取的光谱偏振成像数据在目标识别、目标分类、遥感探测等方面具有较高的应用价值.
光谱偏振 静态调制 Savart偏光镜 Spectral polarization Static modulation Savart polariscope 光谱学与光谱分析
2015, 35(4): 1129
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，精密光机电一体化技术教育部重点实验室，北京 100191
为了控制反射式旋转对称光学系统中的偏振效应，对该类系统中的偏振像差进行了分析。在偏振像差理论的基础上，通过偏振光线追迹的方法，导出反射式旋转对称光学系统的偏振像差的计算公式，提出了反射界面产生的偏振像差的影响因子，对影响其偏振像差的因素进行了分析。实例分析结果表明，对于具有宽光谱、大入射角、大视场等特点的反射式旋转对称光学系统，要想提高其光学系统的性能，必须控制光学系统的偏振像差。提出尽可能减小入射角的大小，并通过薄膜设计减小偏振分离来降低系统中的偏振效应，是控制反射式旋转对称光学系统中的偏振像差的有效措施。
光学设计 偏振像差 偏振光线追迹 反射式旋转对称光学系统 反射膜 optical design polarization aberration polarization ray tracing reflective rotationally symmetric optical systerns reflective thin films
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院精密光机电一体化技术教育部重点实验室,北京 100191
为了能够测量带有补偿器的液晶相位可变延迟器(LCVR)在不同电压值下的相位延迟,提出了一种基于斯托克斯矢量和穆勒矩阵的测量方法。在可见光范围内6个波长下实验测量了LCVR在2 kHz方波、0~10 V电压下的相位延迟。结果表明,LCVR具有调谐电压低、控制简单、调节范围大、无需转动等优点,相位延迟的测量误差＜0.6%。根据延迟器件的特性,建立了相位延迟的拟合函数公式,采用最小二乘曲线拟合的方法得到了延迟器件工作范围内全部波长、全部电压值下的相位延迟,曲线拟合的标准差＜0.02λ。提出的测量方法、测量结果和拟合函数的建立对偏光器件的研究有一定的参考价值。
液晶相位可变延迟器 补偿器 斯托克斯矢量 穆勒矩阵 曲线拟合 liquid crystal variable retarder compensator Stokes vector Mueller matrix curve fitting
