针对CMOS图像传感器高精度和低功耗的需求, 设计了一种14位列级模数转换器(ADC)。在传统斜坡式模数转换器(RAMP ADC)架构基础上, 采用了3位逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)与11位RAMP ADC相结合的两步式结构, 有效缩短了量化时间。RAMP ADC部分采用高低时钟的计数方法, 可显著降低计数区间内的功耗。同时, 提出了RAMP-SAR-RAMP切换的相关双采样逻辑, 可进一步减少静态随机存取存储器(SRAM)数量, 从而缩小版图面积。采用0.18μm标准CMOS工艺进行仿真, 结果表明: 在600MHz时钟、单沿计数的工作模式下, ADC量化时间为9.32μs, 在1.8V数字电源电压下, 计数区间内功耗均值为8.51μW。

针对图像传感器中传统锁相环(PLL)存在的功耗高、抖动大,以及锁定时长等问题, 提出了一种基于计数器架构的低功耗、低噪声、低抖动、快速锁定的分数分频全数字锁相环(ADPLL)设计方法。首先, 采用动态调节锁定控制算法来降低回路噪声, 缩短锁定时间。其次, 设计了一个通用单元来实现数字时间转换器(DTC)和时间数字转换器(TDC)的集成, 以降低该部分由于增益不匹配引起的抖动。基于180nm CMOS工艺的仿真结果表明, 在1.8V电源电压下, 该ADPLL能够实现250MHz~2.8GHz范围的频率输出, 锁定时间为1.028μs, 当偏移载波频率为1MHz时, 相位噪声为-102.249dBc/Hz, 均方根抖动为1.7ps。

为了研究腔增强吸收光谱技术是否能用于NH3气体浓度的检测, 采用扫描腔长的方法, 以分布反馈式可调谐半导体激光器作光源, 用两块高反射率平凹透镜(反射率约为99.9%, 曲率半径约为1m)组成的光学谐振腔作吸收池, 搭建腔增强吸收光谱装置。在34cm长的吸收池内测量NH3气体分子在1.5μm附近的弱吸收谱线;通过不断增加NH3气体浓度来改变腔内压强, 每充入一次NH3都测量并保存一次吸收光谱。通过数据处理, 分析谱线宽度随气体浓度变化的关系以及吸收度随腔内压强增加的变化情况, 发现都能呈现出良好的线性关系, 并对残差噪声进行统计分析, 得到了3.3×10-8cm-1的最小探测灵敏度。结果表明,高探测灵敏度的腔增强吸收光谱技术, 可以实现NH3气体浓度的测量, 并能得到较好的探测精度。

燃烧驱动氟化氢化学激光体系中有一些关键基态物种(如DF等)可用于表征燃烧室工作状态, 为了控制HF振动激发态的弛豫过程还需要加入少量的碰撞伴侣物种(如SF6、NH3、H2O等）, 另一些关键物种(如NF(a)等)则可能会与HF振动激发态发生传能过程, 然而不幸的是这些物种的吸收较小。为了利用吸收光谱对这些弱吸收的关键基态物种进行研究, 建立了基于离轴式布局的腔增强吸收光谱装置, 该装置由光源部分、谐振腔部分和光电接收部分组成, 其中谐振腔部分处于真空仓内。为了验证该装置的性能, 测量了痕量氨气和水汽的吸收光谱。实验结果表明: 该装置的等噪声吸收系数达到了1.6×10-8 cm-1, 表明该装置可以用于氟化氢化学激光器中关键痕量物种的测量诊断工作。

高光谱成像仪的光谱定标是为了确定仪器各波段中心波长和光谱分辨率，是获取地物光谱信息的必要条件。高光谱成像技术取得较快发展的同时，它的光谱分辨率也越来越高，这必然要求光谱定标的精度更高。文中从单色仪对定标精度影响出发，研究得到光源辐射强度包络对精度的影响可以达到0.12 nm 以上，这对于定标精度要求很高的高光谱成像仪来说不可忽略。根据不同波长处包络的影响我们对中心波长精度进行了改善。通过实验得出波段210～228 之间的中心波长精度提高了0.2 nm 左右，约占总波段数的11%，波段165～209 之间的中心波长精度提高了0.12 nm 左右，约占总波段的24%。

串扰是成像光谱仪非理想成像特性中的一种, 分为电串扰和光串扰, 它广泛存在于现有的成像光谱仪之中。 推扫型高光谱数据的光串扰使目标像元受到临近像元的影响, 目标像元光谱曲线发生变化, 图像的清晰度降低。 基于推扫型成像光谱仪的成像原理, 提出一种针对推扫型高光谱数据的光串扰校正方法。 从高光谱数据中选取包含白色定标布地物的区域作为参考数据, 通过行间差值方法得到所有白色定标布像元产生的总光串扰量; 对总光串扰量进行拟合以抑制噪声, 并通过递归方法计算单个白色定标布像元所产生的光串扰量; 使用该串扰量对整景数据进行光串扰校正。 选用三景不同地物类型的PHI数据进行光串扰校正, 结果显示, 校正后数据的光串扰现象得到明显的抑制, 数据质量在光谱维和空间维均得到有效提升。 在光谱维, 由光串扰引起的光谱曲线变化得到校正; 在空间维, 图像清晰度提高50%以上的波段数占总波段数的83%。 校正方法直接从高光谱数据本身提取光串扰量, 并对数据光串扰现象进行校正, 不依赖于其他外部数据, 且适用于不同的地物类型。 该光串扰校正方法亦对实验室测定成像光谱仪的光串扰量具有借鉴意义。

基于声光可调谐滤波器(Acousto-Optical Tunable Filter，AOTF)的多频工作模式，提出了一种成像光谱系统光谱响应可编程的技术.阐述了该技术的原理方法，介绍了光谱可编程的测试结果，包括对滤光波长、光谱分辨率及滤波通带形状的软件控制.在此基础上，研制了一套光谱可编程成像光谱系统的原理样机并进行了初步的成像实验.通过实验结果证明了该技术的工程可行性和技术优势，为提高成像光谱系统的效率和灵活性提供了一种新的途径.

简要阐述了AOTF的光学滤波机理和AOTF成像光谱仪的系统架构, 研制了一套基于AOTF的地面成像光谱试验系统, 将其应用于青藏高原多尺度遥感试验, 针对高原植被试验区获取了不同尺度的成像光谱数据, 为多尺度遥感试验提供了更为丰富的地面支持及比对数据.通过对数据的处理分析, 证明了该技术在工程上的可行性, 并为遥感图像混合像元分解等问题提供了新的解决方案.

为了验证激光诱导离解光谱技术在月球环境条件下月壤成分现场探测的可行性,设计了一套实验模拟装置,以合成月壤样品为检测目标,Nd:YAG激光器为光源,线列CCD光栅光谱仪为光谱的采集系统,真空罐模拟月球气压环境.用高纯度Fe2O3,Al2O3作为标准参考光谱样品提高识别精度.实验结果说明在模拟环境下利用激光诱导探测手段能够采集到样品的原子发射光谱,并完全可以定性识别物质中含有的成分.

提出了一种通用性强的非线性矢量数字滤波器--基于邻域背景统计的矢量滤波器,该滤波器既可用于光谱图像又可用于灰度图像,具有腐蚀小面积奇异像元的作用,可以消除图像噪声和光谱散点,同时保持原有的光谱信息不变,此外还对图像边缘有一定的锐化作用.文章设计了该滤波器的一种简化实现算法,并给出了航空高光谱图像和彩色图像的处理实例,实验结果显示该滤波器滤波效果良好,对光谱图像的噪声消除和边缘检测都有很大帮助.