1 中国海洋大学 信息科学与工程学院 海洋技术系，山东 青岛 266100
2 青岛海洋科学与技术国家实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室，山东 青岛 266237
3 齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东 青岛 266071
为了评估和分析星载海洋激光雷达探测全球海洋光学参数的性能，依据激光雷达方程和蒙特卡罗模型结果模拟计算激光传输信号，开发了星载海洋激光雷达仿真模拟系统。仿真模拟系统由正向模拟、数据反演与误差分析三部分组成，能够模拟激光发射、传输和探测的全过程。根据给定的激光雷达参数，模拟了443 nm、486.1 nm和532 nm波长在地中海、印度洋、南大洋与太平洋四个典型海区的探测信号。研究结果表明，443 nm和486 nm波长的探测深度在各个海区均比较接近，并且均比532 nm更深。在给定的激光雷达参数情况下，486.1 nm波长在太平洋和南大洋的探测深度分别为120 m和70 m，在地中海和印度洋的探测深度均为约100 m。叶绿素a浓度在以上海区的探测深度分别约为80 m、50 m和70 m。
星载海洋激光雷达 仿真模拟系统 叶绿素a 探测深度 spaceborne oceanographic lidar simulation system Chl-a detection depth 红外与激光工程
2021, 50(2): 20200164
1 浙江大学 光电科学与工程学院, 浙江 杭州 310027
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
3 浙江大学 海洋学院, 浙江 舟山 316021
星载激光雷达是实现海洋垂直剖面探测的有效工具, 也是目前迫切需求的海洋光学遥感手段。对星载海洋激光雷达的波长参数进行评估对保证探测有效性具有重要意义。本文从探测深度和信噪比两方面分析了星载海洋激光雷达探测全球海洋的最佳波长。利用MODIS 10个波段的水体光学特性数据, 估算全球海水探测深度及相应的最优波长; 并根据太阳夫琅禾费暗线特性, 对信号信噪比进行优化。结果表明: 在探测深度方面, 最优探测波长在488 nm波段的海洋占全球海洋面积的70%左右, 并且全球95%以上的海域在488 nm波段的探测深度优于0.8倍的真光层深度; 在信噪比方面, 相对于488 nm波段, 486.134 nm夫琅禾费暗线处采用0.1 nm带宽的滤光片可以将背景光强度降低70%, 相应地回波信噪比整体提升了约50%。就全球海洋探测来说, 使用486.134 nm作为探测波长可以提高探测深度, 有效抑制太阳背景光, 提高信噪比, 因此, 486.134 nm是星载海洋激光雷达的最佳工作波长。
星载海洋激光雷达 探测深度 太阳夫琅禾费暗线 信噪比 工作波长 spaceborne oceanic lidar detection depth solar Fraunhofer line signal to noise ratio operating wavelength
1 中国海洋大学 信息科学与工程学院 海洋技术系, 山东 青岛 266100
2 青岛海洋科学与技术国家实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室, 山东 青岛 266237
3 齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001
为了评估和分析激光雷达探测全球海洋光学参数的性能, 根据激光雷达方程和给定的激光雷达参数, 使用MODIS Level 3全球年平均的海水吸收系数a(λ)和后向散射系数bb(λ)数据作为海水光学参数的参考值, 对蓝绿光星载海洋激光雷达在全球海洋的探测深度进行了估算和分析。研究结果表明: 星载海洋激光雷达探测深度的分布主要依赖于探测波长和水体光学性质, 清洁大洋水的最优探测波长在460 nm左右, 白天和夜间的最大探测深度分别为~110 m和~120 m; 沿岸浑浊水的最优探测波长多在500 nm以上, 最大探测深度只能达到20 m或更浅。探测波长为470~480 nm时, 星载海洋激光雷达在全球范围内的平均探测能力最佳。
海洋激光雷达 卫星遥感 探测深度 信噪比 oceanographic lidar satellite remote sensing detection depth signal-to-noise ratio 红外与激光工程
2019, 48(1): 0106006
南京航空航天大学 自动化院 生物医学工程系, 南京 210016
采用近红外光谱技术实现颅脑损伤的无损监测过程中,存在着检测深度不明确的问题.利用Monte Carlo模拟光子在生物组织中的传输过程，建立有效检测深度模型，对光纤探头在大鼠创伤性脑水肿模型中的有效检测深度规律进行了研究.采用不依赖于模板的阈值分割和窄带水平集分割方法，将大鼠头部MRI图像分为头皮、头骨、脑脊液、灰质和白质五部分，建立真实的大鼠脑组织三维模型，使Monte Carlo仿真结果更加准确.改进复杂组织光场分布仿真的tMCimg软件，使其能够实时记录光子在组织中的位置和光子被检测器接收时的能量，从而计算出探头在组织中的有效检测深度.分析了不同光源和检测器的中心距、光源芯径对有效检测深度的影响，结果表明光在大鼠脑组织中的有效检测深度小于或者等于光源和检测器中心距的一半，并随光源芯径的增大逐渐增大.建立大鼠脑水肿模型，验证了仿真结果的正确性.研究结果对于无创脑水肿模型的光纤探头的设计和脑水肿区域的判定有着重要的意义.
创伤性脑水肿 蒙特卡洛 有效检测深度 图像分割 Traumatic brain edema Monte Carlo Effective detection depth Image segmentation
