提出了一种高光谱Mueller矩阵成像(HMMI)方法,实现了空间、光谱和Mueller矩阵图像的同步一体化获取。详细讨论了高光谱Mueller矩阵成像的原理以及双折射干涉器剪切干涉成像过程,对偏振态发生器/偏振态分析器进行了联合优化设计,给出了系统的定标方法。为验证仪器的性能,在实验室对目标进行光谱Mueller矩阵成像,证明了利用所提方法快速获取光谱图像和Mueller矩阵图像的可行性。所提方法具有光谱分辨率高、偏振调制快等优点,为光谱Mueller矩阵成像的发展提供了一种新的思路。

含有阶梯微反射镜和片状分束器的时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪的前置成像系统不仅要满足与阶梯微反射镜参数相匹配，还需具有实入瞳和像方远心的特性。为此，研究了将普通红外物镜转变为具有实入瞳的像方远心结构的方法。同时，研究了片状分束器和补偿板所带来的离轴像差，并提出了采用柱面和泽尼克面相结合的矫正方法以提高成像质量。设计出满足光谱范围3~5 μm、F 数为4、有效焦距为400 mm、视场为4.58°的整个波段全视场范围内无渐晕的红外光学系统。仿真结果表明：前置成像系统的成像质量接近衍射极限，最大全视场均方根光斑直径为5.9 μm。这种设计方法可以用于大孔径时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪前置成像系统设计。

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。

提出了一种基于多级微反射镜的静态化新型红外傅里叶变换成像光谱仪结构。系统不含狭缝和可动部件，因此光通量大、结构稳定。介绍了该成像光谱仪的工作原理和光程差的产生方式。根据系统原理对后置成像光学系统进行了分析与设计。结果表明:在-20 ℃~60 ℃的温度范围内,系统成像质量良好。全视场传递函数在CCD奈奎斯特频率17 lp/mm处大于0.6。系统的均方根(RMS)最大光斑直径小于12 μm，系统单个像元能量集中度大于80%，冷光阑匹配效率接近100%。以RMS光斑直径变化为标准，计算了系统的公差灵敏度矩阵，计算结果表明,后置成像系统0视场光斑尺寸小于16 μm的可能性为97.7%。

为了达到傅里叶变换成像光谱仪(FTIS)数据快速重建的目的, 使用GPU并行计算技术设计了基于CUDA (compute unified device architecture)的成像光谱仪快速数据重建优化算法。采用CUDA下的CUFFT库和CUDA并行计算内核, 以达到加快成像光谱仪快速数据重建。结果表明, 基于CUDA的并行计算技术能有效调动GPU的硬件资源, 可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, 那么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。

大孔径静态干涉成像光谱技术是一种时空联合调制的傅里叶变换成像光谱技术, 其核心元件通常采用Sagnac横向剪切干涉仪。 这种结构会使进入干涉仪的光线有一半沿原路返回, 降低了能量利用率。 文章提出一种改进型Mach-Zehnder横向剪切干涉仪结构, 克服了能量利用率低的缺点, 在实现横向剪切的同时, 还具有双通道输出的优点。 本文通过光线追迹的方法, 得到剪切量的一般表达式, 并分析了各种误差源对剪切量误差的贡献。 为大孔径静态干涉成像光谱仪的设计提供了新思路, 可为该类型的成像光谱仪的设计与优化提供理论指导。

相位修正是傅里叶变换成像光谱仪光谱复原的关键技术之一, 针对现有算法对带有噪声的干涉图相位修正不足的问题, 文章提出了一种基于模拟退火算法求解相位误差的修正方法。 该方法通过控制相位下降函数, 利用相位区间内产生的随机相位值修正干涉图数据得到目标函数值, 依据Metropolis准则判断目标函数增量以确定相位最优解。 该算法仿真结果表明, 优化出的相位误差小于0.5%, 光谱复原的相对光谱误差精度和稳定性均小于1%, 较现有算法有显著提高。

全反射傅里叶变换成像光谱仪ARFTIS (all-reflection Fourier transform imaging spectrometer) 是基于FT成像光谱理论的一种新型仪器, 它不但具有高光谱分辨率特点, 而且还具有宽波段、 无色差的特点, 特别适合应用在宽波段成像的遥感领域。 目前常用的光谱定标方法有单色法、 平均法和加权平均法, 但是它们各存在一定局限性, 不能同时满足简便和高精度的要求。 文章研究了全反射型FTIS的光谱定标理论和三种定标方法的局限性, 提出了一种新的光谱定标处理实用模型。 其特点是需要定标特征波长数量少、 单次定标精度高、 多波段平均误差小于5%、 稳定性较高, 可以在保证较高精度的前提下, 简化定标工作, 特别适用于缺少大量定标设备, 或不便进行多光源定标的外场环境仪器标定工作。

主要介绍代数迭代法在傅里叶变换计算层析成像光谱仪数据处理中的应用。 根据4种不同投影数进行了光谱切片重建, 并对光谱相似性进行了比较。 针对ART算法可应用少数投影重建的特点, 专门在45个投影数时, 采用不同迭代系数进行了重建, 并进行了比较。 最后, 对实际场景进行了光谱切片重建。

对“大孔径静态干涉成像光谱技术”方案与以色列学者提出的“两维景物光谱同时测量方法”进行了分析和比较, 讨论了这2种干涉成像光谱技术方案中干涉仪与成像光学系统两方面的差异, 通过计算机模拟, 给出了“两维景物光谱同时测量方法”的光程差非线性变化。 受“两维景物光谱同时测量方法”的启发, 提出基于横向剪切干涉仪的时间调制型干涉成像光谱技术方案, 研究了匀速转动横向剪切干涉仪时, 各不同视场像元处光程差的变化规律。