1 南京航空航天大学自动化学院, 江苏 南京 211100
2 中国地质调查局南京地质调查中心, 江苏 南京 210016
3 江苏三深光谱感知技术研究院有限公司, 江苏 南京 211135
利用矢量衍射理论,对矩形槽型光栅和三角槽型光栅分别进行衍射效率分析,结果表明三角槽型光栅的衍射效率比矩形槽型光栅高出1倍左右。基于五轴超精密单点金刚石车床切削工艺,计算了金刚石刀头移动误差、移动间隔标准偏差范围、光栅刻线位置的加工偏差,并分析了刀头磨损对光栅衍射效率的影响。在此基础上,成功研制了曲率半径为70 mm、刻线密度为60 line/mm、直径为52 mm的凸面闪耀光栅,在1000~2500 nm光谱范围内,其最大相对衍射效率大于80%,平均相对衍射效率大于60%。实际飞行高光谱数据表明,基于该光栅研制的短波红外成像光谱仪满足地质遥感技术要求。
光栅 成像光谱 凸面光栅 衍射效率 超精密加工 短波红外 光学学报
2020, 40(12): 1205002
1 南京航空航天大学自动化学院, 江苏 南京 211100
2 南京航空航天大学航天学院, 江苏 南京 210016
3 中国地质调查局南京地质调查中心, 江苏 南京 210016
为使成像光谱仪能在复杂振动环境和宽温(5~35 ℃)下使用,基于Offner同心结构凸面光栅的光学系统,研制出短波红外成像光谱仪系统。为了验证结构设计的合理性,利用Patran & Nastran对仪器光机结构进行模态分析、静载分析及热致响应分析,并采用广义逆矩阵方法对静载响应分析结果进行处理,得到仪器光学元件的面形变化和刚体位移数据。在0~40 ℃温度范围和4 g加速度载荷下,仪器光学面形变化的方均根(RMS)值小于34 nm,各镜之间相对位置变化小于0.05 mm,各镜偏心小于0.05 mm,满足仪器面形和刚体位移公差要求。振动实验表明,成像光谱仪的一阶模态为559 Hz,远高于一般环境激励,其刚度满足使用要求。温度实验表明,宽温范围内波长极值漂移为0.306 pixel,光谱带宽极值变化为0.493Δ(Δ为吸收峰的半峰全宽)。工程分析和实验验证了该结构的环境适应性,这对仪器工程化具有重要的实用价值。
光谱学 Offner型光学系统 成像光谱仪 结构分析 广义逆矩阵 光学面形 激光与光电子学进展
2020, 57(5): 053001
1 南京理工大学 计算机科学与工程学院, 南京 210000
2 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室, 南京 210000
3 南京航空航天大学, 南京 210000
4 中国地质调查局南京地质调查中心, 南京 210000
自动调焦方法已被广泛应用到各种光学仪器中。为了解决推扫式高光谱相机自动调焦问题, 提出了一种利用基于四元数小波变换的光谱质量评价函数估计相机焦距的方法。首先将推扫线上单行光谱数据顺序排列成一个二维矩阵, 利用四元数小波变换对光谱像元矩阵进行分解得到低频和高频4个子带。通过对低频和高频的幅值和相位信息构造光谱质量评价函数, 指导相机自动调焦。调焦过程中, 利用自动调焦机构按一定步长旋转镜头, 计算不同离焦状态下的光谱质量指标值, 拟合光谱质量指标值与镜头伸缩量之间的高斯分布函数, 最终估算最佳调焦量。实验表明, 提出的光谱质量评价函数灵敏度高、准确度强。该调焦方法仅利用单行光谱数据进行调焦, 调焦准确。
高光谱相机 光谱分析 评价函数 调焦系统 小波变换 hyperspectral cameras spectrum analysis evaluation methods focusing wavelet transforms
1 南京航空航天大学, 江苏 南京 210016
2 南京地质调查中心, 江苏 南京 210016
通过对Offner分光光学系统分析, 给出了快速计算初始结构参数公式, 根据算得的初始结构参数优化出一套适用于短波红外(1 000～2 500 nm)的分光光学系统, 设计的光学系统相对孔径大(F/#22)、 光谱分辨率高(优于10 nm)和入射狭缝长(12 mm), 在整个波长和视场范围内调制传递函数MTF均大于05。 完成的成像光谱仪整机体积小, 重量轻(小于5 kg), 仪器测试结果表明, 全光谱范围内光谱线性好, 光谱标定后波长精度优于4 nm, 通过对不同波段分辨率测试, 全波长范围内光谱分辨率与设计相符, 动态成像实验表明, 光谱图像清晰并且光谱数据质量佳。
成像光谱仪 短波红外 光学设计 凸面光栅 光谱分辨率 波长定标 Imaging spectrometer SWIR Optical design Convex grating Spectral resolution Spectral calibration 光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2267
修连存 1,2,3,*郑志忠 1,2,3殷靓 1,2,3陈春霞 1,2,3[ ... ]高扬 1,2,3
1 中国地质调查局南京地质调查中心, 江苏 南京 210016
2 中国地质调查局光谱探测地质仪器研发重点实验室, 江苏 南京 210016
3 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室, 江苏 南京 210016
4 南京中地仪器有限公司, 江苏 南京 210016
岩心光谱扫描仪是近年来发展起来、用于岩心光谱和图片在线检测的仪器,它可以对岩心进行数字化,从而实现岩心自动编录,为地质科研、矿床研究和外围找矿提供依据,同时通过岩心数字化,可以建立岩心网上数据库,解决岩心保存带来的成本问题,实现资源共享.岩心光谱测量数据的质量直接影响矿物识别、参数反演结果的可靠度,因此进行岩心光谱测试服务之前针对拟采用仪器进行数据质量评估是一项非常重要的工作.结合自主研发的CSD350A型岩心光谱扫描仪,以光谱学基本理论、光谱分析方法、岩心光谱分析要求等为基础,深入探讨了岩心光谱数据质量评估方法、评价准则、目标参数等关键问题,对自主研发的岩心光谱扫描仪数据质量进行了全面评估,表明仪器光谱测试功能的可靠性和有效性.实验测试表明,本方法所涉及的检测项目和检测参数,能够很好地反映岩心光谱扫描仪所测光谱的反射率光谱、波长精度、重复性及信噪比指标,从而对岩心光谱扫描仪数据质量做出正确评价,为商业服务提供数据质量依据.在目前缺少相关评估标准的情况下,本研究提出的评估方法对于岩心光谱测试工作的开展具有较大的应用价值.
岩心光谱扫描仪 岩心光谱 矿物 波长 信噪比 Core scan Core spectrum Minerals Wavelength Signal-to-noise ratio 光谱学与光谱分析
2015, 35(8): 2352
1 吉林大学仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春130026
2 吉林化工学院, 吉林 吉林132022
3 南京地质矿产研究所, 江苏 南京210016
为满足野外现场矿物分析、 遥感地面验证光谱分析等的需要, 研制了实现光谱覆盖范围在400～2 500 nm的宽谱段光纤光谱仪, 介绍了仪器研制过程中的光学、 机械与电子学设计。 光学系统采用了光栅分光的水平反射式光路, 对于不同的光谱探测谱段, 采用了三路线阵探测器在光谱面的3个方向立体交错放置进行探测; 用CPLD(complex programmable logic device)实现对三路线阵光电器件时序逻辑信号的发生与驱动; 采用14位高速ADC进行数模转换; 采用USB2.0实现通讯。 仪器体积小、 光谱分辨率高、 信号质量和测量速度等方面均达到了满意效果, 测试结果表明, 仪器实现了宽谱测量, 光谱数据理想。
光纤光谱仪 光栅 光谱 Fiber spectrum instrument Grating Spectrum CPLD CPLD USB2.0 USB2.0 CCD CCD 光谱学与光谱分析
2010, 30(5): 1417
介绍了便携式野外现场近红外地物光谱仪研制过程中采用的技术线路,通过对仪器光电部分硬件进行优化设计,使仪器具有体积小重量轻而方便携带,同时给出了仪器软件开发流程和内容;对仪器的分辨率、信噪比和稳定性所采用的测试方法进行了详尽的介绍,对仪器测量结果进行了分析,测得仪器在7nm带宽时信噪比达到3000:1,信噪比RMS值达到8348:1,并就实测指标同国外类似仪器进行对比.
近红外 光谱仪 矿物分析
中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130022
FPGA(现场可编程阵列)和CPLD(复杂可编程逻辑器件)是可编程ASIC(专用集成电路)器件的主流.根据使用空间受到限制的航空、航天对地观察电视摄像系统特点,介绍了采用CPLD技术实现该系统变焦距数据的读取,并根据变焦距数据产生特定的图形符号,产生面阵CCD摄像机行、场同步信号及复合同步信号的原理及方法.实验表明采用CPLD设计方案,在降低系统功耗,缩短研发周期,提高系统可靠性方面取得了明显效果.
图形发生器 现场可编程阵列 可编程逻辑器件 集成电路
