1 滨州学院飞行学院，山东 滨州 256600
2 北京空间机电研究所，北京 100094
3 大连工业大学信息科学与工程学院，辽宁 大连 116034
系统地探究了典型多光谱彩色成像系统的最优光谱通道数的确定问题。在前期多目标滤色片优化选取方法的基础上，将仅限于相同通道滤色器优化的概念拓展至不同通道数最优滤色器的优化，从而达到最优通道数确定的目的。基于Munsell光谱反射率数据集构建光谱反射率成像目标，通过真实CCD成像传感器的光谱灵敏度、D65光源的光谱功率分布以及高斯滤色器模型和最大线性独立滤色器选择算法，在10个噪声水平下实现了3~31个光谱通道，即29个虚拟多光谱相机对成像目标的光谱反射率重建的仿真计算。结果表明，通道数小于8时，5通道滤色器表现最优；和A光源相比，D65光源下的5通道最优滤色器的最大带宽达到80 nm，性能有显著的提升。
色度学 成像系统 计算方法 光谱通道数 多光谱彩色成像
1 中国科学院上海技术物理研究所， 上海 200083
2 上海科学技术大学 物质学院， 上海 200031
3 中国科学院大学， 北京 100049
空间对地观测的遥感相机中需要基于干涉薄膜的双光谱通道滤光片，在同一几何点上同时形成可见光（波长500~720 nm）和近红外（波长（1 064±1） nm）两个光谱通道。这两个光谱通道的光谱位置和透射强度均需要进行精确控制。选用JGS-1石英玻璃作为滤光片基片，氧化钽（Ta2O5）和氧化硅（SiO2）分别作为高、低折射率薄膜，由双离子束溅射沉积方法将52层和88层介质薄膜分别镀制在基片的两个表面上。500~720 nm波段的平均透过率达到92%，（1 064±1）nm 波段的峰值透过率控制在（26±1）%的范围。
光学薄膜 双光谱通道滤光片 离子束溅射沉积 光谱控制
1 华南农业大学电子工程学院, 广东 广州 510642
2 广东省森林植物种质创新与利用重点实验室, 广东 广州 510642
3 华南农业大学林学与风景园林学院, 广东 广州 510642
年轮参数是树木生长的重要指标。 目前年轮的检测方法主要有人工测量法、 扫描仪法和X射线法等。 这些方法费时费力、 检测成本高、 操作难度大。 为此, 提出采用可见光谱进行年轮参数检测的新方法。 首先针对活立木年轮检测需求, 设计了木芯专用可见光谱分析装置。 装置采用宽光谱对称式光源, 封闭式暗箱设计, 彩色CCD外置、 固定距离采集方式。 进而采集样品全彩色图像, 分别提取不同光谱通道数据进行分析, 最终获得年轮特征光谱参数。 以从松树活立木钻取的木芯为例, 经打磨后的木芯水平固定于载物台, 光源均匀照射样品, CCD采集木芯漫反射RGB图像, 基于对木芯全彩色图像的不同光谱通道的分析, 分别提取RGB三帧灰度图像的强度曲线, 区分早晚材分界线, 得到树木年轮各项指标, 实现树木年轮参数的快速提取。 实验首先将CCD采集的RGB图像转换至NTSC色彩空间, 以扩大色彩域。 在设置滤波窗滤除背景, 截取出木芯图像后, 通过提取木芯图像的R, G和B三灰度分量图像, 发现木芯B灰度图的早晚材区域差异最分明。 基于该特征, 可提取出早晚材分界线的位置信息。 对木芯B灰度分量图微分, 得到灰度沿水平方向的空间梯度。 确定灰度变化率极大值对应的各点, 鉴于木芯生长特性, 灰度变化率极大值对应空间位置首先取为窄像素区域, 进而在窄像素区域取中间值, 此即木芯年轮各早晚材的中心点。 其中, 早材中心点对应光谱曲线的极大值, 晚材中心点对应光谱曲线的极小值。 结合专家经验, 建立早晚材中心点与分界线的灰度关系, 可得各分界线的位置。 通过早晚材分界线与年轮各参数的关系, 可进一步得出年轮各项指标。 对比3位林木育种专家人工识别结果, 本方法检测结果除了在木芯靠近端点处的位置外, 都具有极高的准确度。 采用可见光谱通道的数据采集与分析方法检测树木年轮参数, 检测过程可实现全自动, 高效、 无损, 精度可达到0.1 mm, 结果精确。 相比于人工测量法、 扫描仪法, 检测效率更高; 相比于X射线法, 检测过程更加安全、 低耗, 操作更方便。 是一种具有较强应用性的方法。
木芯参数获取 可见光谱通道 边界确定 Wood core parameters acquisition Visible spectrum channel Boundary determination 光谱学与光谱分析
2019, 39(5): 1530
1 陆军装甲兵学院兵器与控制系, 北京 100072
2 军事科学院系统工程研究院, 北京 100010
3 中国人民解放军66011部队, 北京 102600
基于测距光谱通道数量和位置选定规则,以氧气A吸收带为例,从系统探测距离、目标与背景信噪比、系统工作海拔等约束条件对带宽的限制出发,利用MODTRAN和MATLAB软件综合仿真分析了满足系统实时性、目标信噪比及不同探测距离条件下通道带宽上下限的取值范围。结果表明:相同条件下,系统平台海拔越高,带宽下限取值越小、范围越大、选取越灵活,系统探测距离越远,有效探测范围也越大;目标信噪比要求越高,带宽下限取值越大、范围越小、选取越受限,探测距离和有效探测范围越小。因此,设计系统时应根据任务要求,确定光谱通道位置和数量,计算系统工作实时性、目标信噪比、系统最大最小工作距离等多重约束条件下各通道带宽取值上下限曲线,通过确定能够同时满足最大及最小工作距离条件的上下限曲线最小交集,便可在曲线交集区域内选定满足设计要求的通道带宽取值。这为单目多光谱被动测距系统的参数设计和工程化提供有效的理论支撑和计算方法,从而设计出高低精度搭配、远近距离兼顾的多光谱被动测距系统。
大气光学 被动测距 单目多光谱系统 光谱通道 氧气吸收带 带宽
1 装甲兵工程学院控制工程系, 北京 100072
2 中国人民解放军66011部队, 北京 102600
3 中国人民解放军66061部队, 北京 100144
为消除测距光谱通道位置和数量选取对氧气吸收衰减被动测距技术测距精度的影响,基于氧气吸收衰减被动测距技术的基本原理,分析氧气A、B吸收带光谱谱线特性。对于吸收带带肩上的光谱通道,利用蒙特卡罗法,以拟合非吸收基线与理想基线的误差平方和与相关度为指标,分析光谱通道位置和数量及拟合多项式级次对非吸收基线拟合精度的影响。对于吸收带带内光谱通道,分析不同光谱通道处吸收率大小对测距距离和测距精度的影响。结果表明:在综合考虑系统实时性和测距精度要求的情况下,A吸收带两带肩上光谱通道各为1个,B吸收带单带肩上光谱通道为2个,位置均宜选择在各带肩靠近吸收带一端;吸收带内光谱通道可根据测距任务中对测程和测距精度的要求灵活选择其数量和位置。因此,在无法一次性获取测距波段完整光谱曲线的情况下,单目多光谱被动测距系统采用较少的光谱通道和最简单的直线拟合方法,不仅可以保证系统的测距精度,而且能够减少滤波片更替和软件计算的时间周期,进而增强系统数据采集和解算的实时性。
大气光学 被动测距 单目多光谱系统 光谱通道 氧气吸收带 基线强度 光学学报
2017, 37(10): 1001002
