红外与激光工程
2022, 51(12): 20220509
1 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
2 昆明物理研究所，云南 昆明 650223
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 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
为满足红外遥感器高精度等效噪声光谱辐亮度的定标要求，在原有的设计基础上改进了红外积分球辐射源研制制造工艺，满足真空低温使用要求。该积分球辐射源采用8组碳纤维石英电热管作为红外辐射介质，实现工作波段覆盖3~15 μm，可调辐射动态范围提升1倍。设计了辐射定标与测量光路，通过比对测量标准腔式黑体辐射源，实现红外积分球辐射源真空低温条件下的辐射定标。定标结果表明：红外积分球辐射源出光口法线Ф200 mm范围内的面均匀性为99.75%，±10°范围内的角度均匀性为99.81%，非稳定性为0.05%。实现了红外积分球辐射源光谱辐亮度输出等色温近线性可调功能，5 μm和10 μm辐亮度可调范围分别达到12.8 μW/(cm2·sr·nm)和1.6 μW/(cm2·sr·nm)。
遥感器 红外 积分球 辐射源 辐射定标 remote sensing infrared integrating sphere radiation source radiometric calibration 红外与激光工程
2021, 50(10): 20210516
1 昆明物理研究所，云南昆明 650223
2 云南大学，云南昆明 650500
高光谱图像（hyper spectral imagery，HSI）分类已成为探测技术的重要研究方向之一，同时也在**和民用领域得到广泛运用。然而，波段数目巨大、数据冗余、空间特征利用率低等因素已成为高光谱图像分类的挑战，且现有的高光谱分类大多利用可见光或短波红外高光谱数据分类。针对这些问题，本文提出了一种基于光谱和空间特征的 K-means分类方法。首先提取空间特征，然后将光谱与空间特征相结合并降维，最后引入 K-means算法得到较普通 K-means更佳的分类结果。并将此算法运用在长波红外的高光谱图像分类中。
空间特征 光谱特征 长波红外高光谱图像 高光谱分类 K-means K-means, PCA, long wave infrared spectral features
1 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
2 昆明物理研究所, 云南 昆明 650000
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所 通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
红外傅里叶光谱的等效噪声辐亮度(NESR)是反映其对红外目标信号的极限探测能力, 也是仪器的主要技术指标。受限于我国当前的技术条件, 尚无相关能力的测试定标系统和检定规范。通过借鉴当前国内外的红外辐射计量装置的标准传递思路, 提出了一种NESR高精度测试装置方案。给出了该装置的溯源链路, 描述了其整体和光路结构, 并设计了低温真空背景抑制模块。着重介绍了宽动态范围红外积分球辐射源设计、等效光路设计和真空低温环境模块等设计方案。提出的设计方案为NESR高精度测量提供基本的参考依据, 为我国傅里叶光谱的NESR的量值溯源提供支撑条件。
红外傅里叶光谱仪 等效噪声辐亮度 红外积分球 辐射定标 infrared Fourier spectrometer equivalent noise spectral radiance infrared integrating sphere radiation calibration
根据环境污染气体监测的广谱需求, 提出了宽谱段红外光谱遥测方法, 利用长波红外傅里叶干涉光谱技术, 向长波红外大气窗口短波端外扩展了仪器响应波段, 使之在一定条件下能够探测多数常见工业气体的指纹特征。在7.0 ～14.5 μm波段内, 采用差谱法和亮温法, 可监测多种常用工业有毒有害气体, 并可给出以浓度程长积表征的概略浓度。介绍了遥测光谱仪的性能表征方法, 例举了实用型产品PARES100对11种常用工业有毒有害气体的应用实例。
宽谱段 环境污染气体 傅里叶红外光谱仪(FTIR) 遥测 wide spectral range environment pollution gases Fourier transform infrared spectrometer(FTIR) remote sense 红外与激光工程
2019, 48(11): 1104002
针对光谱仪减振架振动检测，开发了振动信号分析系统；采用图形化开发工具。本测试平台分为两个部分：硬件部分通过加速度传感器、信号调理电路和 PXIe4497数据采集卡把振动信号转换输入到计算机中；软件部分利用 LabVIEW平台实现数据采集及分析的功能，从时域、频域和时频域角度对其进行特征提取。测量时最大的误差为 3.327%，处于正常实验测量误差。
数据处理 振动采集 虚拟仪器 data processing vibration data acquisition virtual instrument
1 昆明物理研究所, 云南 昆明 650223
2 北京理工大学, 北京 100081
报道了地面长波红外遥测的新进展, 具体阐述了窗扫时空调制傅里叶光谱成像技术的实现过程。 演示装置基于角锥反射镜Michelson干涉具, 构成了空间调制干涉; 采用了制冷型长波红外焦平面探测器组件, 通过对数据立方体的采集、 重组、 基线校正、 切趾、 相位校正和傅里叶变换等处理, 实现了长波红外波段高光谱成像。 自研的CHIPED-1长波红外高光谱成像原理实验装置的探测灵敏度指标噪声等效辐射通量密度NESR在单次采样时达到了5.6×10-8 W·(cm-1·sr·cm2)-1, 与商品化时间调制干涉高光谱成像仪相当; 反映了技术的先进性,并留有较大的改进空间。 通过测试聚丙烯薄膜的透过率曲线, CHIPED-1红外高光谱成像原理实验装置的光谱响应范围达到了11.5 μm。 文章还以室外高楼和乙醚气体的探测实验为例, 研究了二维分布化学气体VOC的高光谱成像探测方法。 在复杂背景和低试验浓度情况下, 从同一波数的红外光谱切片上, 观察不出乙醚蒸气的存在, 但是进行了差谱处理后, 可以清楚看到乙醚蒸气的空间分布。 高光谱方法应用在有机蒸气VOC的红外探测领域, 相对于宽波段热成像方法, 具有灵敏度高、 抗干扰能力强和识别种类多等诸多优势。
高光谱成像 长波红外 遥测 气体探测 Hyperspectral imaging LWIR Remote sensor Gas detection
红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术,对所测光谱进行定标是定量分析中的重要环节.采用自行研制长波红外高光谱成像光谱仪原理实验装置(简称CHIPED-I)进行验证,用黑体对实验装置进行了两点线性定标,将测量的相对强度转化成目标的绝对辐射亮度谱,采用亮温法算出标定后的亮温光谱.结果表明,这种辐射定标方法用于长波红外高光谱成像光谱仪方法可行,这对进一步分析大气透过率和反演大气中红外活性气体浓度具有实际意义.
长波红外 高光谱成像光谱仪 线性定标 黑体辐射 亮温法 LWIR hyperspectral imageing spectrometer linear calibration blackbody radiation brightness temperature
讨论了基于空间调制干涉原理的红外成像光谱仪器中高线性大摆镜扫描系统的控制技术,详细地阐述了各扫描方式的优缺点、控制器的基本原理、控制器硬件设计,提出了一种基于传统 PID的微分增强型控制算法,分析了扫描系统的扫描效率和线性度.
红外成像光谱仪 扫描系统 控制器 高线性 微分增强型 PID infrared imaging spectrometer scanner controller high linearity differential enhanced PID
成像光谱仪作为一种航空航天遥感器工作, 可以同时得到地物的二维空间图像信息和一维光谱的丰富信息, 在颜色和光谱测量、真彩色图像合成、**侦察等领域有着很高的实用价值。为了达到对干涉成像光谱仪数据快速处理的要求, 使用 OpenMP并行计算技术设计了基于多核 CPU的成像光谱仪快速数据重建优化算法, 并将其应用到我国“环境一号”卫星的高光谱数据处理任务中。实验结果表明, 基于多核的并行计算技术能有效调动多核 CPU的硬件资源, 大幅度提高光谱重建处理任务的计算效率。如果将该技术应用到更多核的并行计算工作站上, 单台计算机完成干涉成像光谱仪数据的实时处理任务将成为可能。
干涉成像光谱仪 快速重建 多核 CPU 并行计算 Fourier transform imaging spectrometer fast data reconstructed multi-core CPU parallel computing
