贵州民族大学 物理与机电工程学院，贵州 贵阳 550025
利用基于光学记忆效应的单帧散斑自相关方法，研究了光透过随机散射介质的快速成像。短的相机曝光时间内的高质量快速成像需要尽可能消除影响成像质量的因素。通过引入旋转散射片来消除光束的空间相干性，避免相干噪声对成像质量的影响。光斑对比度可衡量光束的空间相干性被消除的效果，影响光斑对比度数值的主要因素有三个：旋转散射片介质颗粒度即目数、转速、相机曝光时间。实验分析了220目数和600目数两种旋转散射片和不同转速、相机不同曝光时间的情况。结果表明，转速提高和相机曝光时间的增加均使得光斑对比度下降并提升散斑相关成像质量，相机曝光时间超过一定值后，光斑对比度和成像相关系数随散射片转速和曝光时间的变化相对较小。因此对于相机曝光时间短的单帧散斑快速成像，选择最合适的散射片转速对高质量成像非常重要。通过优化算法来提升成像质量。根据对光学传递函数约束的迭代算法，无需利用目标的先验信息即可恢复系统的点扩展函数，该点扩展函数适用于不同形状、不同大小的目标，结合单帧散斑自相关算法可实现快速成像，与仅使用单帧散斑自相关算法的情况相比成像质量显著提升。
散射成像 快速成像 点扩展函数 相位恢复算法 旋转漫射器 scattering imaging rapid imaging point spread function phase retrieval algorithm rotating diffuser 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230345
1 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
2 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室，国家卫星气象中心（国家空间天气监测预警中心），北京 100081
3 许健民气象卫星创新中心，北京 100081
双向反射分布函数（BRDF）是星载遥感器进行场地替代定标中的重要参量，随着技术的进步，低空自旋翼无人机已经成为了获取场地BRDF的便捷高效手段，通过现场测量准不变定标场的无人机多角度观测光谱数据，建立更加准确的BRDF模型还能进一步挖掘潜力。提出一种基于地-空双光谱仪联合观测加漫射板观测并消除漫射光影响的BRDF建模方法。使用无人机搭载光谱仪进行场地光谱的低空测量，获取半球空间内多角度下的场地光谱数据，同时开展地基光谱仪联合同步测量漫射参考板，连续记录照明光场的变化以及漫射光照明下的场地光谱数据。联合空地双光谱仪对目标和参考板实测的辐亮度数据，结合太阳及观察角度之间的几何观测，计算场地的多角度反射率。基于Ross-Li核驱动半经验模型对多角度反射率数据进行拟合，采用最小二乘法对模型系数进行拟合，以得到最优的场地BRDF模型，并对模型进行漫射光校正。实验证明，经漫射光校正后的BRDF模型各波段的相对偏差均值都在5%以内，相对偏差标准差在3%以内，有效消除了场地BRDF建模在漫射光照射下的干扰，提高了BRDF建模的准确性。
双向反射分布函数 无人机 双光谱仪 双向反射分布函数建模 漫射光校正 光学学报
2023, 43(15): 1528001
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 230027
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
4 航天东方红卫星有限公司，北京 100094
针对搭载于环境减灾二号A/B（HJ-2A/B）卫星的偏振扫描大气校正仪（PSAC），详细分析了信号链路中各噪声项及其与信号的相关性，建立了信号-总噪声功率线性（S-TNPL）模型，通过实验测量获得了各通道的噪声功率只随信号变化的模型系数，以及与信号无关而与工作条件有关的本底噪声功率（截距）；使用在轨实测的本底噪声，建立了不依赖于均质性区域场景的在轨信噪比评估方法，并与星上漫射板法进行了对比验证。结果显示，利用S-TNPL模型与星上漫射板法获得的PSAC在轨信噪比评估结果的相对偏差为-0.62%~6.27%，具有较好的一致性，验证了所提在轨信噪比评估方法的合理性。该信噪比评估方法不仅能适应在轨辐射性能衰退的情况，同时能方便实现不同辐亮度条件下的信噪比转换，并可直接对任意单次观测结果的信噪比进行评估。该信噪比分析方法理论上同样适用于其他光学遥感器，可为其在轨信噪比评估提供参考。
大气光学 环境减灾二号卫星 大气校正仪 噪声模型 信噪比评估 太阳漫射板 光学学报
2022, 42(24): 2401005
黑龙江大学 物理科学与技术学院, 哈尔滨 150080
针对室内白光可见光通信系统基本集中在直射链路的研究时忽视了漫射链路实际应用价值的问题, 通过建立一个封闭的实验空间环境, 设计可见光通信实验系统, 测量漫反射信号的空间分布规律, 探索漫反射信号在实际环境中应用的可行性,并进行了基于漫反射的白光可见光通信实验。实验结果表明: 漫反射为可见光通信直射链路中阻塞、阴影所导致的信号中断以及室内角落通信质量差等问题提供了解决途径。
可见光通信 漫反射 通信链路 直射链路 漫射链路 非定向视距链路 visible light communication, diffuse reflection, c
强激光与粒子束
2021, 33(3): 031002
中国人民武装警察部队工程大学装备管理与保障学院, 陕西 西安, 710086
光热、光化及光机械等多种激光-生物组织相互作用研究的基础都是对激光辐照下生物组织内部光分布的准确描述,而准确描述组织内部光分布的有效手段是采用各类数学模型及模拟方法。主要概述了目前国内外描述组织内部光分布的主要理论、研究模型及定量分析方法,对各方法模型的适用范围、优势及局限等进行了横向对比分析,同时对大多数仿真及实验的理论基础进行了纵向回顾,并将重点聚焦于总结国内外学者在理论上的最新突破及对实际问题的解决,以方便读者快速、全面地追踪前沿。最后总结了目前该领域研究中所面临的几个主要问题,并对今后的发展方向进行了展望。
生物光学 生物组织 光分布 一阶散射 蒙特卡罗 漫射近似 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0600003
1 中国民用航空飞行学院 空中交通管理学院, 四川 广汉 618307
2 成都理工大学, 成都 610059
针对可见光信号在传输中很容易遭受到障碍物阻挡而导致通信中断问题, 提出了一种由直射链路和漫射链路来交替传输光信号的解决方案。基于这一方案, 采用函数计算法和实验模拟方法, 对室内光通信漫射信道阶反射脉冲响应特性进行了深入分析研究。在此基础上, 探讨了4种场景下漫射信道阶反射脉冲响应特性及光平均接收功率的影响因素, 并对其进行了实验仿真。仿真结果表明: 发射光源的位置、发射光的角度θimg和光束扩散角度θmax是光平均接收功率的影响因素。
室内光通信 漫射信道 阶反射脉冲响应 实验模拟 indoor optical communication diffuse channel order reflection pulse response experimental simulation
1 河南大学 物理与电子学院, 物理与电子国家级实验教学示范中心, 开封 河南 475004
2 北京邮电大学 电子工程学院, 北京 100876
为研究光密度空间分布的规律, 分析了近红外光经过人体组织时的漫射路径, 研究了基于近似漫射解的组织血氧饱和度算法, 提出了检测光密度空间分布的方法并搭建系统进行测试。结果表明: 不同波长的近红外光在手臂组织中有不同的光密度空间分布, 对于波长为850、940 nm的近红外光, 光密度空间分布的线性区分别在20~40 mm、20~35 mm。传感器中光源到探测器的距离应选择在光密度空间分布的公共线性区。研究结果对探究组织中光密度的空间分布和设计组织血氧传感器结构具有指导意义。
漫射近似解 光密度空间分布 漫射光强 组织血氧饱和度 血氧传感器 diffuse approximate solution optical density spatial distribution diffuse light intensity tissue oxygen saturation blood oxygen sensor
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 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
针对场地辐射定标方法难以覆盖遥感器动态范围的问题,提出基于多种反射率呈线性的宽动态目标的高分辨率光学卫星相机在轨辐射定标方法。以地面同步的实际测量代替气溶胶散射特性假设,采用线性回归法分离宽动态目标反射辐射与程辐射、地-气耦合辐射及暗电流等背景辐射,在简化辐射传输计算的同时降低对背景环境的要求,实现星载高分辨率遥感器全动态范围定标与响应线性检测。试验结果表明:光学卫星相机基于宽动态目标的在轨辐射定标方法的不确定度小于3.6%,与反射率基法定标结果之间的差异小于5.5%,反演的地物反射率及辐亮度与实测值之间的误差均小于6%,验证了在轨辐射定标方法的有效性,该方法可以满足复杂环境条件下高精度在轨定标的应用需求。
遥感 辐射定标 宽动态目标 漫射辐射/总辐射比 光学学报
2019, 39(10): 1028004
