1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院 “精密光机电一体化技术”教育部重点实验室，北京 100191
2 北京航空航天大学 人工智能研究院，北京 100191
3 北京航空航天大学 “空天光学-微波一体化精准智能感知”工业和信息化部重点实验室，北京 100191
针对基于中红外声光可调谐滤波器（Acousto-Optic Tunable Filter, AOTF）的光谱成像系统观测运动目标过程存在光谱数据漂移问题，提出了一种基于声光互作用的在线光谱校准方法。根据目标光谱成像位置与驱动频率，构建了逆向光线追迹模型，从而实现了光谱数据的在线校准，满足运动目标探测的实时性要求。该方法能为后续目标检测、识别与跟踪提供稳定且精确的光谱数据立方体。在实验验证方面，利用设计研制的平行光入射的中红外AOTF光谱探测系统，以黑体与中红外滤波片组合作为目标光源，对光谱校准模型开展实验验证。最终实验结果表明，针对位于不同视场处的模拟运动目标，校正后的光谱漂移相对误差均优于4.45%，有利于提升对运动目标光谱探测的应用能力。
声光可调谐滤波器 光谱校准 光线追迹 动目标 光谱探测 acousto-optic tunable filter spectral calibration ray tracing moving targets spectrum detection 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230291
中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室, 北京 100083
为了快速感知并分析田间作物生长状况, 采用先进的半导体镀膜工艺的光谱成像传感器, 研究镀膜型光谱成像数据的提取与叶绿素含量分布式检测的方法。 实验采用基于镀膜原理的IMEC 5×5成像单元式多光谱相机, 对47株苗期玉米植株的冠层进行拍摄, 获取673～951 nm范围内的25个波长的光谱图像。 利用SPAD-520叶绿素仪非破坏性地测量叶绿素含量指标, 每株玉米冠层叶片设置2～3个采样点, 每点测量3次取平均, 共计251个样本数据; 同时使用ASD Handheld2型光谱仪采集相应位置区域的反射率曲线, 以对比分析镀膜型光谱成像传感器提取玉米植株冠层叶片反射率曲线的特性。 首先, 在分析镀膜型光谱成像传感器的成像原理的基础上, 通过对原始图像的拆分和重组分别提取成像单元中相同波段的像素灰度值, 并利用相同波段的像素灰度值重构单波段光谱图像, 获取各波段光谱图像。 其次, 利用4灰度级标准板建立图像灰度值和灰度板反射率之间的线性反演公式, 对提取的反射率进行校准。 然后, 为了准确分割出玉米植株冠层, 提出了大津算法(OTSU)和霍夫圆变换组合的玉米植株冠层图像二次分割方法, 分别剔除图像中土壤和培养盆背景的干扰。 最后, 利用马氏距离算法剔除异常样本数据, 利用SPXY (sample set partitioning based on joint X-Y distance)算法划分建模集和验证集, 采用偏最小二乘回归法(PLSR)建立玉米植株叶绿素含量指标诊断模型, 并绘制其分布伪彩色图用于分析叶绿素含量空间分布特征。 研究结果表明, ①对25波段多光谱图像提取和反射率线性校准拟合模型决定系数均达到0.99以上。 分析校准前和校准后与ASD光谱仪测量反射率曲线, 镀膜型成像传感器获取玉米冠层反射光谱总体与ASD采集反射率体现的光谱特征一致, 且校正后数据比校正前与ASD光谱反射率的一致性得到了提升。 ②建立初次OTSU分割算法和基于霍夫圆变换识别的二次分割算法, 可以有效剔除玉米植株光谱图像中的土壤和培养盆背景噪声的干扰。 ③叶绿素含量指标PLSR诊断模型建模集R2c为0.545 1, 验证集R2v为0.472 6。 玉米作物冠层叶绿素分布可视化图可以直观反映叶绿素含量分布与生长动态情况。 通过对镀膜型光谱成像传感器应用方法的研究, 为后续玉米植株叶绿素动态快速检测奠定基础和提供技术支持。
镀膜型传感器 光谱成像 光谱校准 图像分割 玉米植株 Coating sensor Spectral imagery Spectral correction Image segmentation Maize plant 光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1581
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
偏振频域光学相干层析成像(FD-PS-OCT)可以通过测量样品的偏振特性实现某些疾病的早期诊断。偏振参数的测量精度关系到疾病诊断的准确性。在FD-PS-OCT中，正交的两路干涉信号即使仅存在很小的光谱错位，也可能导致偏振参数计算结果产生较大的误差。光谱校准是提高偏振参数测量精度的前提，而在进行光谱校准之前，有必要明确光谱错位对偏振参数计算精度的影响。通过理论分析和仿真计算，深入分析了光谱错位与偏振参数计算误差之间的关系。在此基础上，提出了一种光谱校准方法，该方法通过判断已知样品延迟量和快轴方位角的误差大小来实现光谱缩放和平移的校准。最后进行了波片测量实验，验证了该方法的有效性，证明了误差分析的正确性。
生物光学 光学相干层析成像 偏振 光谱校准 误差分析
1 海军驻中国航天科工集团公司第三研究院军事代表室, 北京 100074
2 北京振兴计量测试研究所, 北京 100074
基于对高分辨率光学载荷测试设备开展现场计量和校准的迫切需求, 建立一套光谱可调谐式高分辨率光学载荷校准装置, 该装置中光谱可调谐光源可以发出300~800 nm范围内任意光谱分布的光能, 再通过空间调制系统形成无穷远处的具有特定光谱分布的清晰目标, 实现高分辨率光学载荷光谱参数校准、辐射参数校准和成像性能参数校准。校准装置的光谱辐亮度校准范围为6.54×10-4~3.14×10-1 W·sr·m-2·nm-1, 空间分辨率校准精度为0.059 mrad, 视场角校准范围为1°3′30″, 光谱辐亮度响应非均匀性校准精度为0.39%。主要介绍了校准装置的基本原理、结构组成等, 并给出了详细的测试结果。由此可见,该光学载荷校准装置具有光谱任意调制、可拓展性强、高分辨率的优点。
光谱可调谐 高分辨率光学载荷 光谱校准 辐射校准 成像性能校准 spectrally tunable high-resolution optical load spectrum calibration radiation calibration imaging performance calibration 红外与激光工程
2016, 45(11): 1117007
1 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽 合肥 230031
2 皖江新兴产业技术发展中心, 安徽 铜陵244000
组织荧光光谱技术可用来定量测量组织生物化学性质及组织结构的变化,进而实现疾病早期诊断.为提高组织荧光光谱检测的准确性,提出了组织荧光光谱检测系统校准流程及具体实现方法,包括激发光强校准、传输光路传光效率校准、探测模块波长校准和非线性校准、系统光谱响应校准、暗背景扣除、光谱平滑.搭建三套组织荧光光谱检测系统,并分别对荧光标准板和人体皮肤组织进行实验测试,结果显示未校准时三套系统对同一荧光板和同一受试者的荧光强度测量结果变异系数分别为7.4%和10.4%,校准后变异系数分别为0.9%和2.0%.
医用光学 组织荧光 光谱校准 无创检测 激光与光电子学进展
2015, 52(8): 081701
1 中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室, 上海 200083
2 上海科技大学信息科学与技术学院, 上海 200031
3 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
搭建了一套适用于短波红外焦平面的相对响应光谱自动测试系统。系统测试程序在LabVIEW虚拟仪器开发环境下完成,具备光栅单色仪的控制、数据采集处理与存储等功能。系统采用单光路标准代替法实现了相对响应光谱的校准。测试了InGaAs短波红外线列焦平面,得到了每个像元校准后的相对响应光谱,提取了峰值波长、截止波长等参数在线列上的分布情况,实现了对焦平面全像元的相对响应光谱测试。
短波红外焦平面 相对响应光谱 光栅单色仪 光谱校准 虚拟仪器 SWIR FPA relative spectral response grating monochromator spectral calibration virtual instrument
