红外与激光工程
2023, 52(2): 20220308
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 中国科学院大学,北京 100049
3 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
提出一种基于低秩约束惩罚最小二乘(LRPLS)的基线校正方法。利用惩罚最小二乘模型综合考虑拟合基线对干涉图的保真度和平滑度的影响,同时引入有效干涉图和噪声的低秩-稀疏先验约束条件,从而构建联合低秩矩阵恢复和惩罚最小二乘的正则化框架,并采用基于增广拉格朗日乘子的迭代优化算法进行求解。在“嫦娥一号”卫星干涉成像光谱仪(IIM)数据上的实验表明,所提方法在去除基线的同时,能够保留干涉图的有效信息。相比于现有的基线校正方法,所提方法具有更好的稳定性和抗噪能力;校正后复原高光谱影像得到显著提升,对于改善干涉成像光谱仪数据质量具有较高的实际应用价值。
光谱学 干涉成像光谱仪 基线校正 光谱复原 惩罚最小二乘 低秩矩阵恢复 光学学报
2022, 42(14): 1430001
丁毅 1,2,3罗海燕 1,2,3,*李志伟 1,3施海亮 1,2,3[ ... ]熊伟 1,2,3
1 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
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
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
时空联合调制型空间外差干涉成像光谱仪(TS-SHIS)在对目标推扫成像过程中,指向镜推扫误差、指向镜定位误差或卫星运动平台振动等会引起目标对应像点(x',y')偏离理想位置(x,y),导致其与相邻的若干空间分辨单元之间存在光谱掺杂现象,进而影响干涉数据重构及复原光谱精度。基于TS-SHIS机理,针对运动误差引起的目标光谱线性混叠、不同程度的地表反射率差异对复原光谱精度的影响等问题进行了分析;建立了以相邻目标掺杂比、地表反射率差异为变量的混合目标干涉函数关系。依据MODIS卫星载荷观测数据,对中国地区不同空间分辨率地表反射率差异进行了分析;以相对光谱二次误差为评价函数,讨论了典型高轨平台姿态参数对不同空间分辨率目标复原光谱精度的影响,该研究为下一代高轨、高时空分辨温室气体探测技术提供技术基础。
测量 时空联合调制 空间外差干涉成像光谱仪 运动误差 地表反射率差异 相对光谱二次误差
强激光与粒子束
2022, 34(1): 011010
丁毅 1,2,3罗海燕 1,2,3,*施海亮 1,2,3李志伟 1,3[ ... ]熊伟 1,2,3
1 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
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
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
时空联合调制型空间外差干涉成像光谱仪(TS-SHIS)推扫图像中有明显的干涉条纹,这会导致传统的图像配准方法对TS-SHIS推扫图像配准计算结果的影响较大。鉴于此,提出一种基于目标干涉数据的自适应条纹模板构建方法,采用该方法消除TS-SHIS推扫图像中的干涉条纹,并利用曲面拟合加梯度法对消条纹后的推扫图像进行图像配准。仿真及实验研究结果表明,所提方法能够有效消除TS-SHIS推扫图像中零光程差处的干涉条纹;干涉条纹对配准计算的影响得到抑制;消条纹处理对图像配准计算结果的影响在0.02 pixel以内。
光谱学 时空联合调制 空间外差干涉成像光谱仪 图像配准 条纹模板
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
光子集成干涉成像方法是近年来发展起来的一种以高质量成像和系统扁平化为目标的远场成像方法,有望在同等分辨率下系统的能耗、体积和质量均减小至1/10~1/100。但是现有系统对于高频信号的采样具有稀疏特性,当使用傅里叶逆变换(IFT)求解物体强度分布时,复原的观测目标在锐边处出现Gibbs振铃伪影,从而影响成像质量。为了抑制伪影,提出熵先验并研究熵惩罚特性,利用熵先验并结合光子集成干涉成像的特点设计最大熵方法。为了验证方法的性能,采用性能较好的多层分级孔径排布结构进行仿真模拟,使用峰值信噪比(PSNR)、结构相似性系数(SSIM)和均方误差(MSE)作为像质评价手段。仿真结果表明,最大熵方法可以消除由高频稀疏采样带来的伪影,对于受振铃影响明显的图像,MSE和SSIM有50%以上的提升,PSNR提升10%以上。
成像系统 干涉成像 光子集成干涉成像 熵先验 光子集成芯片 最大熵方法 光学学报
2021, 41(23): 2311002
光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
基于干涉成像原理的分块式平面侦察成像系统的提出, 为降低高分辨率光学系统的体积、质量和功耗提供了新的解决方案。为提高重构图像质量, 干涉系统的基线需要通过设计提高空间频率覆盖的均匀性, 以避免空间采样缺频。针对孔径排列配对的问题, 提出一种高均匀性UV覆盖的基线阵列设计方法。该方法在径向排列的基础上, 通过计算低频截止频率, 分别优化高频、低频基线。该设计方法可以实现高均匀性、低冗余度的UV覆盖结果, 可有效提高重构图像质量。
光学系统 干涉成像 干涉基线 空间频率采样 optical system interference imaging interference baseline spatial frequency sampling
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了明确像场调制傅里叶变换成像光谱仪的工作机理,通过分析多级微反射镜对成像光场的相位调制特性,建立了像场调制干涉成像的理论模型。数值计算结果表明,通过对获得的干涉图像数据立方体进行图像剪切与图像拼接,可以重构目标场景的全景图像;通过对剪切后的干涉图像单元进行条纹拼接与光谱解调,可以复原场景中各目标物点的光谱信息。为了验证该仪器的工作原理,利用研制的样机进行了目标场景的干涉成像扫描实验,获取了场景目标的干涉图像数据立方体。通过对各帧干涉图像进行边缘检测与特征配准,实现了干涉图像单元的剪切与全景图像的拼接。同时,通过对干涉图像单元进行条纹拼接、基线校正、寻址切趾与离散傅里叶变换,获得了特征目标的复原光谱,并通过非均匀采样校正与经验模态分解对光谱进行优化,提高了复原光谱的性能。
成像系统 光谱学 成像光谱仪 像场调制 干涉成像 光学学报
2020, 40(18): 1811002
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为满足中波红外高空间分辨率偏振干涉测量需求, 本文提出一种基于微型静态干涉原理的中波红外线偏振干涉成像系统。该系统不含狭缝, 具有信息量多, 光通量大等优点。介绍了线偏振干涉成像系统的工作原理, 采用近轴光学理论计算了初始结构参数, 进行了系统优化设计。分析了入射光分别为完全非偏振光和线偏振光时系统的透过率, 给出了系统所能探测的最小辐射强度。为了降低探测器强度的随机波动对偏振测量的影响, 采用等权重方差优化了系统的偏振测量矩阵, 并通过数值仿真验证了方法的正确性。最后, 分析了偏振片的旋转误差对偏振测量的影响, 给出了偏振探测精度为2%时的偏振片旋转公差容限。设计结果表明: 傅立叶变换型线偏振干涉成像系统成像质量良好, 在探测器的特征频率17 lp/mm处, 各视场的调制传递函数值均大于06, 满足系统的使用需求。
中波红外 偏振干涉成像系统 等权重方差 光学设计 medium wave infrared polarization interference imaging system equal weight variance optical design