西安理工大学机械与精密仪器工程学院激光雷达大气遥感研究中心，陕西 西安 710048
以斜程能见度精确探测为目标，综述了激光遥感在斜程能见度测量中的主要技术及其研究进展，分析了现有探测技术在斜程能见度测量中的不足与局限性，重点介绍了一种新型的激光雷达结合辐射传输模式的斜程能见度测量方法，剖析了基于拉曼-米散射激光雷达的气溶胶精细探测技术、基于辐射传输模式的大气散射辐射亮度解析方法以及大气散射辐射亮度校正的斜程能见度测量技术与应用案例，突破了当前白天斜程能见度测不准的技术瓶颈。最后，展望了激光遥感技术在全球斜程能见度测量中的应用潜力。
大气光学 激光遥感 斜程能见度 辐射传输模式 散射辐射亮度
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，合肥 230031
2 中国科学技术大学，合肥 230026
3 西安应用光学研究所，西安 710065
为满足气候监测、微光辐射计量、单光子计量等定量应用需求，设计了基于相关光子自校准的紧凑型三通道微光辐亮度计，其光谱范围为460~1 550 nm，辐亮度测量范围为1×10-9~1×10-6 W/（cm2·sr·nm）。设计时考虑整机的集成化、小型化和模块化，将8个光谱波段集成为三通道结构。其中可见光近红外波段采用自由空间耦合，短波红外波段采用多模光纤耦合方式。通过设计优化分析，微光辐亮度计的第一、二通道的聚焦光斑满足Si单光子探测器光敏面300 μm像元要求，第三通道的聚焦光斑满足多模光纤62.5 μm芯径和0.22数值孔径要求，三个通道的聚焦光斑均可被单光子探测器光敏面接收，满足设计目标，可为后续的工程化应用提供参考。
辐射定标 辐亮度计 光学设计 相关光子 微光 Radiometric calibration Radiance meter Optical design Correlated photons Low light 光子学报
2023, 52(12): 1212002
1 江苏省气象台, 江苏 南京 21000中国气象局交通气象重点开放实验室, 江苏 南京 210008
2 中国气象局地球系统数值预报中心, 北京 100081
3 国家卫星气象中心, 北京 100081
4 江苏省气象台, 江苏 南京 21000
为分析国产微波遥感器真实光谱响应在数值天气预报系统同化模块中对微波辐射快速模拟的影响, 基于逐线吸收模型, 采用TOVS辐射传输（RTTOV）预报因子和风云三号D星微波温度探测仪（FY-3D/MWTS-2）搭载的大气和陆地均有辐射贡献的第四通道真实光谱响应和理想光谱响应, 通过最小二乘法, 分别拟合生成真实光谱响应和理想光谱响应对应的快速微波辐射光学厚度拟合系数。 将两种拟合系数应用于中国气象局全球预报系统（CMA-GFS）的四维变分同化系统, 采用美国环境预报中心（NCEP）的分析资料（FNL）作为CMA-GFS的气象要素背景场, 模拟不同光谱响应驱动下的微波辐射背景场, 并与FY-3D/MWTS-2真实观测场进行对比统计分析, 分别计算真实光谱响应和理想光谱响应驱动时, 不同海陆类型下的观测背景差（OMB）, 分析真实光谱响应相比理想光谱响应, 对不同海陆类型的微波辐射模拟的差异。 分析结果表明, 在微波辐射观测场值较低的情况下, 真实光谱响应和理想光谱响应驱动模拟的微波辐射背景场值略高于观测场值, 随着微波辐射场值增大, 模拟的微波辐射背景场值与观测场值更为接近； 除南半球靠近极区的少部分地区外, 真实光谱响应驱动模拟的OMB均小于理想光谱响应驱动的模拟结果, 真实光谱响应驱动的辐射背景场模拟更接近于观测场； 相比采用理想光谱响应驱动, 采用真实光谱响应驱动后, 在陆地地区, 微波辐射OMB的均方根误差（RMSE）减小约1.80%； 在海洋地区, RMSE减小约2.6%； 在海陆交界地区, RMSE减小约4.72%, 全球总体RMSE减小2.17%； 采用真实光谱响应驱动后, OMB总体的标准差（STDV）和平均绝对误差（MAE）分别减小为0.75%和4.6%。
真实光谱响应 理想光谱响应 微波辐射模拟 微波遥感资料同化 观测背景差 海陆差异分析 Real spectral response Ideal spectral response Microwave radiance simulation Microwave remote sensing assimilation Observation minus background Land-sea difference analysis 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3260
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通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
针对现阶段星载遥感器高精度定标的需求, 研制了高空光谱辐亮度仪, 可应用于辐亮度法替代定标, 提升定标精度。该仪器光谱范围为400～2500 nm, 搭载在高空气球平台上能够在18～35 km高空中直接对地测量反射辐亮度。该仪器光机系统主要由前置一体式镜筒、色散模块和光机温控模块组成。为了验证该高空光谱辐亮度仪的可靠性与测量数据的准确性, 在青海大柴旦开展了该仪器与美国 Spectra Vista 公司SVC光谱仪的比对实验以及高空飞行实验。实验结果表明: 在地面测量中两台仪器所测辐亮度具有良好的一致性, 二者偏差普遍在± 1%以内, 最大偏差在± 3.5%以内; 在高空飞行实验中, 研制的辐亮度仪在25 km高空中平稳飞行6 h, 获得了高空测量辐亮度, 各模块与探测器温度均稳定保持在设定值。实验结果验证了整个仪器的可靠性, 表明所研制的辐亮度仪满足对卫星遥感器的高精度定标需求, 适合于高空高精度测量。
遥感 光机设计 辐亮度基法 高空 remote sensing opto-mechanical design radiance basis method welkin
北京信息科技大学应用数学研究所，北京 100101
由于数据通量限制，光场数据采集存在空间-角度分辨率折中，无法达到诸多应用场景对精细三维重建的要求。本文使用双平面参数化光场数据训练神经辐射场，由神经辐射场生成光场视点平面上新的视点图像，进而实现光场角度域超分辨。由于神经辐射场能够对光场场景进行隐式表达，为高分辨率的四维光场拟合出准确的隐式函数，并将输入变量通过位置编码映射到该变量的傅里叶特征。因此该方法可以准确表达具有复杂不利条件的光场场景，并且能够有效地解决场景高频纹理信息较难拟合的问题。本文通过超分辨光场的角度域信息突破空间-角度分辨率折中、带宽积的限制，在实验中将角度分辨率从提升到，并且峰值信噪比（PSNR）平均提升了13.8%，结构相似度（SSIM）平均提升了9.19%。该研究结果可为后续的光场计算成像工作提供参考。
成像系统 光场 神经辐射场 角度域超分辨 体渲染 光学学报
2023, 43(14): 1411001
中国计量科学研究院 光学与激光计量科学研究所，北京 100013
为了减小不同光谱辐射计间瞄准区域差异带来的光谱辐射亮度不一致性，讨论了视场角及定位对于测量准确性的影响。通过建立太阳光白板和卤钨灯白板系统光路下的光谱辐射亮度测量模型，分析了不同几何光路视场区域平均辐射亮度与中心辐射亮度的差异。数值模拟表明，太阳光白板光路修正因子仅与视场角大小有关；卤钨灯白板光路修正因子随测量距离增大而减小，距离600 mm时8°和14°视场角的修正因子分别变为0.993 5和0.980 2。最后，实验验证了卤钨灯白板系统下角度误差和位移误差对光谱辐射亮度的影响。结果表明，修正因子对水平方向的角度误差和位移误差呈现非对称性，两侧差异高达2%。因此，依据视场角和几何定位可以对测量结果进行数据修正，有助于提升光谱辐射亮度测量不确定度水平。
光谱辐射计 光谱辐射亮度 视场角 修正因子 spectroradiometer spectral radiance field of view angle correction factor
1 沈阳航空航天大学 自动化学院，辽宁 沈阳 110136
2 沈阳飞机设计研究所，辽宁 沈阳 110136
壁面光谱发射率求解是飞行器红外隐身的关键技术之一。首先设计了壁面反射光路和光源，通过光谱辐射计获取壁面反射的辐射亮度序列，为尽可能地消除外界干扰对于光谱发射率求解精度的影响，基于双向长短期记忆网络，设计了Bi-LSTM亮度回归网络模型，并对测试样本进行训练学习。基于BRDF的壁面发射率求解模型及基于Bi-LSTM网络的亮度回归模型求解壁面的发射率。计算结果显示，提出的基于双向反射分布函数的壁面发射率求解方法的相对误差为12.21%，满足工程测试需求。
光谱发射率 辐射亮度 LSTM网络 BRDF spectral emissivity radiance LSTM network BRDF 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220355
红外与激光工程
2022, 51(12): 20220509
中国计量大学 光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
真空紫外目标的光谱辐射亮度对于深空空间探测、航天器损伤测试等空间科学研究具有重要意义。研究了2种用于针对真空紫外光源的测试系统及其方法，通过对真空紫外光谱辐射亮度测试方法开展研究，研制了真空紫外光谱辐射亮度测试系统，测试系统包括真空紫外标准光源、光学成像系统、分光模块、真空紫外探测器模块、真空舱以及数据处理系统等。利用测试系统根据直接测量法和比较法对氘灯的光谱辐射亮度进行了测试分析，并讨论了真空紫外光谱辐射亮度影响因素及相对示值误差，实现了真空紫外光谱辐射亮度在121.2 nm、135.6 nm、160 nm、180 nm、200 nm五个波长范围 0.01 μW/cm2·nm·sr~1 μW/ cm2·nm·sr的精确测量。测量的重复性为0.001 34。这表明测试系统可以实现真空紫外波段信号的测试。
真空紫外 光谱辐射亮度 真空度 光电倍增管 vacuum ultraviolet spectral radiance vacuum degree photomultiplier tube
1 中国海洋大学海洋技术学院/三亚海洋研究院,山东 青岛 266100/海南 三亚 572024
2 青岛海洋科学与技术试点国家实验室,山东 青岛256237
3 国家卫星海洋应用中心,北京100081
利用黄海不同季节实测生物发光数据, 结合同步测量的固有光学性质数据, 基于辐射传输模拟, 分析了生物发光所致离水辐亮度(Lw-bio)的数值变化和光谱变化, 并讨论其与固有光学性质及生物发光所处深度的联系。 主要结论如下: (1)黄海水体Lw-bio幅值不仅具有显著的季节变化特征, 同时具有显著的空间变化特征, 影响其变化的主要因素除水体本身发光生物的丰度和发光能力外, 与水体自身固有光学性质和发光生物所处深度有关。 (2)在光谱变化方面, Lw-bio最大峰值波长漂移不仅随着生物发光所处深度加深而增大, 同时与固有光学性质有关, 在固有光学性质其值较大的水体, 当生物发光的光源深度位于表层以下, Lw-bio峰值波长可由蓝光波段(474 nm)变为绿光波段(最大可移动至578 nm); 在固有光学性质其值较小的清澈水体中, 辐亮度光谱变化较弱, 其Lw-bio峰值波长仍在蓝光波段范围内(最大可移动至500 nm)。 (3)黄海海域宽泛的固有光学性质对生物发光光源的几何深度反演影响较大, 但可通过Lw-bio的光谱信息, 反演光源的几何深度。
黄海水体 辐射传输 固有光学性质 生物发光所致离水辐亮度 The Yellow Sea Radiative transfer Inherent optical properties Water leaving radiance originated from bioluminescence 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1899
