华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
针对傅里叶红外成像光谱数据中的一种干扰现象和消除方法进行了分析和研究。在傅里叶红外成像光谱仪中, 在某些情况下会在光谱数据中出现一种尖锐凸起的干扰峰。该种干扰峰的峰位位置不固定, 且幅度会发生较大的变化。 从红外探测器、大气吸收特性、目标辐射特性、系统噪声等几个方面对该种现象的出现进行了分析。提出了该种现象出现的原因是由于红外探测器的灰度浮动造成的。针对该干扰现象的形成机理, 提出通过噪声拟合法来消除这一干扰。经过实验验证, 提出的方法可以有效地消除傅里叶红外成像光谱仪中的这种干扰峰, 能有效提高傅里叶红外成像光谱仪的检测效果和抗干扰能力。
红外成像光谱 傅里叶光谱 光谱扰动 干扰消除 红外探测 infrared imaging spectrum FTIR spectrometer spectrum disturbance disturbance elimination IR detection
1 北京理工大学 光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
2 北京理工大学 光电学院，北京 100081
针对高光谱成像特点，提出了一种基于三维特征检测微小摄像头的方案。在空间维利用猫眼效应筛选疑似目标，在光谱维对结果进行精准判定。依据摄像头结构，分析了可见光摄像头的反射光谱特征。基于几何光学和辐射度学，计算和仿真了系统的探测距离。结果表明，正常工作时，光功率影响最小探测距离，目标尺寸影响最大探测距离。搭建了微小摄像头光谱特征验证系统。结果表明，采用吸收型红外截止滤光片的目标的非反射光占比曲线变化平缓且数值高，采用反射型红外截止滤光片的目标的非反射光占比曲线可见光部分数值高，红外部分数值低，从700 nm附近开始下降，甚至发生突变，实验数据显示，突变位置的斜率绝对值是红外波段斜率绝对值的10倍以上。实验结果与预期分析的结果一致，验证了高光谱成像技术检测微小摄像头的可行性。
高光谱 微小摄像头 光谱特征 成像光谱 hyper-spectrum tiny camera spectral characteristics imaging spectrum
1 中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室, 北京 100190
2 北京理工大学物理学院, 北京 100081
3 中国科学院大学, 北京 100049
压缩感知成像可突破Nyquist采样定理限制实现亚采样成像,同时还具备降维探测和高通量采集的优势。介绍压缩感知理论在单光子成像和成像光谱方面的研究进展,详细分析压缩感知单光子成像光谱技术。讨论压缩感知时间分辨成像中堆积效应的影响和去除方法,并对压缩感知在单光子时间分辨成像光谱领域的应用进行概述。
成像系统 计算成像 压缩感知 单光子 成像光谱 时间分辨 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011016
西北工业大学深圳研究院, 广东 深圳 518057
成像光谱技术可以获取所观测目标的空间和光谱信息,能有效辨别目标表面的物质组成,在军民领域应用广泛。近年来,基于滤光片阵列的成像光谱设备由于其结构紧凑、成像速度快、覆盖波段范围大等优势受到广泛关注。而滤光片阵列作为确定该类设备光谱性能的核心元件,其结构设计一直以来都是研究热点。为此,总结了光谱滤光片阵列的主要进展,分析了不同结构光谱滤光片阵列的优缺点及适用范围,并展望了光谱滤光片阵列的发展趋势。
光学器件 成像光谱 滤光片阵列 亚波长光栅 超平面 法布里-珀罗腔 激光与光电子学进展
2020, 57(19): 190004
1 电子测试技术重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学理学院, 山西 太原 030051
3 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心, 山西 太原 030051
声光可调滤波器(AOTF)作为光谱成像的一种新型分光元件, 在运用其进行成像光谱时, 一般选择入射光垂直于AOTF入射面时所对应的衍射中心波长为CCD的光谱测量波长。 但在实际测量中, 空间目标不同位置的光线总是以不同的角度进入到AOTF, 这样就导致了CCD实际测量的光谱和以光垂直入射时所对应的光谱为测量光谱相比出现误差, 影响了光谱的测量精度。 采用的成像光谱系统的特点是目标光线经前置光学系统、 AOTF和成像透镜后, 聚焦成像于透镜的焦平面上, 实现了目标光在整个系统的一次成像。 此一次成像与传统的二次成像相比, 能够有效的提高光能利用率和成像质量。 由于AOTF的视场角为±3°, 所以通过对AOTF视场角范围内衍射中心波长随入射角度变化的实际规律进行了分析研究, 并对衍射波长随入射角度变化的实际测量值进行了拟合修正, 得到了修正方程。 实验结果表明用修正后的方程进行光谱测量, 其相对误差值可以减小一个数量级。 此方法可为今后提高AOTF成像光谱测量精度奠定基础。
成像光谱 光谱测量 误差修正 AOTF AOTF Imaging spectrum Spectral measurement Error correction 光谱学与光谱分析
2016, 36(8): 2664
1 吉林大学仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130026
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
基于Dyson同心光学系统的凹面光栅成像光谱仪具有像差小、 孔径高、 结构简单紧凑的优点, 同心结构要求光谱仪子系统的物面和像面必须重合为一个平面, 且物点和像点之间距离非常小。 现有的焦平面探测技术和装配技术难以满足理论设计要求。 为了解决实际中物点和探测器的安置问题, 对传统Dyson同心光谱仪光学系统进行了改进设计, 通过在成像光束中引入离轴反射镜实现像面位置的转移。 结果表明: 改进后的光学系统由于成像光束发生折叠, 物面和像面成功分离, 且改进后系统的全波段像差得到更合理的分配。
成像光谱仪 同心 光学设计 Imaging spectrum Concentric Dyson Dyson Optical design 光谱学与光谱分析
2016, 36(7): 2287
1 中山大学光电材料与技术国家重点实验室, 广东 广州 510275
2 广东本致科技有限公司, 广东 广州 510663
提出选择式成像光谱的概念，即通过对待测对象所成图像进行整体观察来选择其中任意感兴趣的区域(ROI)，同时探测所选区域的光谱信息，而不是像传统成像光谱技术对所有像元光谱的被动测量。在此基础上设计搭建基于分束立方体的选择式成像光谱探测系统，用于探测直径为192 pixel，位于图像中心的圆形区域的光谱信息。对其性能测试结果表明：该系统的光谱范围为380~850 nm，光谱分辨率为1.5 nm，镜头焦距为70~300 mm，最高空间分辨率为2.4 mm，室外自然条件下与原始光谱的相关系数达0.992 以上。该系统结构简单，具有非接触、远距离、实时探测的优点，为光谱探测提供了一种新颖且有效的方法，具有较高的应用潜力。
光谱学 选择式成像光谱 光谱探测 系统设计 光谱特性 空间分辨率 激光与光电子学进展
2015, 52(7): 073007
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
利用干涉成像光谱仪对目标进行窄带高光谱成像探测具有高光通量、高光谱分辨率和高目标分辨率等优点。按照尼奎斯特定理对窄带光谱干涉信息进行采样存在较大的数据冗余，增加了后期傅里叶变换的数据处理量，影响光谱的复原效率。在分析窄带光谱傅里叶变换特性的基础上，提出了基于滤光片光谱透射率函数的窄带光谱压缩采样方法。引入滤光片参数和混叠参数，可以复原不同精度的窄带光谱信息。配以符合要求的多带通窄带滤光片，可对目标进行压缩采样获取多个谱段的窄带光谱信息，从而避免了逐个谱段探测，提高了探测效率。对该方法进行了仿真分析和实验验证，得到了与目标光谱相吻合的复原窄带光谱。
光谱学 干涉成像光谱 窄带谱段 压缩采样
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
传统的红外成像光谱仪难以同时实现弱遥感信号下的高信噪比和仪器小型化的要求, 基于Dyson同心光学结构的新型遥感红外成像光谱仪具有数值孔径大、 信噪比高、 结构简单、 体积小、 重量轻的优点, 用于强背景信号下的微弱红外成像光谱信号测量时, 可实现传统的红外成像光谱仪难以实现的高信噪比测量。 本文概述了Dyson同心光学结构的产生、 发展及最新研究动态, 重点介绍了Dyson同心光谱仪的原理、 研制过程中的难点以及在高性能遥感红外成像光谱测量中的应用, 为高性能红外成像光谱仪的研究提供了参考。
成像光谱 同心 红外 Imaging spectrum Concentric Dyson Dyson Infrared
浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
可见+1.54μm激光/长波红外分色片分离可见光、激光和长波红外光, 在多通道成像光学系统中起着重要的 作用.分析了分色片基板和薄膜材料的选择, 优化设计并用电子束蒸发法制备了该分色片, 其反射率和透射率都达 到了94%以上, 已成功应用于实际光学系统.
光学薄膜 分色片 多通道成像技术 optical thin film dichroic beamsplitter multichannel imaging spectrum technique
