李栋梁 1,2蔡红星 1,2,*任玉 1,2李霜 1,2[ ... ]张桁源 1,2
作者单位
摘要
1 长春理工大学物理学院,吉林 长春 130022
2 长春理工大学吉林省光谱探测科学与技术重点实验室,吉林 长春 130022
3 吉林求是光谱数据科技有限公司,吉林 长春 130000
目前的显微光谱成像系统的探测模块主要以推扫型光谱成像仪为主,无法进行动态微观样本的观测。基于超材料宽谱调制型光谱成像技术体制,使用该原理研制的快照式光谱相机作为探测模块,其与显微镜模块形成新型的快照式显微光谱成像系统。该系统可实时获取样本的光谱曲线与光谱图像信息。同时利用该系统获取不同藻类的吸收光谱曲线,进一步使用基于支持向量机的图像分割识别算法,对水中的动态藻类样本进行识别。共测试样本80个,预测结果准确率为100%,召回率为65.52%,为快照式光谱成像技术在显微领域的应用奠定基础。
显微镜 光谱成像 快照式 吸收光谱 目标识别 
激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618023
刘康康 1,2,*罗亚平 1,**
作者单位
摘要
1 中国人民公安大学侦查学院,北京 100038
2 安徽省公安教育研究院公安科学技术系,安徽 合肥 230031
光谱成像技术是一种集合光谱技术和成像技术的方法,能获取被检物体的空间信息和光谱信息,形成三维的光谱影像集。作为一种快速、无损的光学检验方法,光谱成像技术能满足法庭科学对物证检验的要求,尤其在痕迹物证的显现、识别、分类方面具有十分重要的作用。对光谱成像技术的基本原理和流程进行介绍,概述了其在法庭科学文件检验、血迹检验、指纹检验等领域的前沿应用,并分析了法庭科学领域光谱成像技术发展存在的困境和未来趋势,以促进该技术进一步发展,使其更好地服务于法庭科学工作。
光谱成像 法庭科学 物证检验 成像检验 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0400005
于磊 1,*汪涛 1,2林静 3
作者单位
摘要
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 中国科学技术大学研究生院科学岛分院,安徽 合肥 230026
3 合肥师范学院化学与制药工程学院,安徽 合肥 230601
植被日光诱导叶绿素荧光是一种可以表征植被光合生产力的重要衡量指标。为了实现对植被日光诱导叶绿素荧光的广域精准探测,设计并研制了一种叶绿素荧光高光谱成像探测仪。该成像探测仪使用了基于棱镜-体相位全息透射光栅的全透射式光学系统,在高数值孔径(0.25)的基础上实现了高光学性能:可在20°视场和670~780 nm(可扩展至650~800 nm)工作波段实现1 mrad的空间角分辨率、0.3 nm的光谱分辨率和优于100的信噪比。由系统设计结果、样机测试结果和应用数据分析结果可知,样机完全满足设计要求。本仪器可为农林监测和碳循环观测提供重要的科学数据,并可作为陆地植被光合作用中有效的新型观测手段。
植被观测 日光诱导叶绿素荧光 高光谱成像 体相位全息透射光栅 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211016
作者单位
摘要
1 浙江大学光电信息科学与工程学院,浙江 杭州 310027
2 浙江省医疗器械审评中心,浙江 杭州 310009
3 之江实验室类人感知研究中心,浙江 杭州 311100
采用蒙特卡罗模拟技术对血管组织在可见光波段的多光谱成像进行建模仿真,通过分析不同血氧饱和度下血液后向散射功率的绝对值、相对值、绝对差值和对比度,并考虑可能的干扰因素,优选出适合内窥环境下使用的450 nm、525 nm、630 nm和660 nm 4个成像波段。基于4个优选的成像波段展开了血氧饱和度检测的实验验证。在血管仿体组织上的实验结果表明,在95%的置信水平下,血氧饱和度的检测偏差为1.24%。研究结果验证了利用四波段进行内窥组织血氧饱和度检测的可行性。
医用光学 多光谱成像 内窥镜 血氧饱和度 蒙特卡罗仿真 
光学学报
2024, 44(2): 0217001
作者单位
摘要
1 长春理工大学物理学院, 吉林 长春 130022 白城师范学院, 吉林 白城 137000
2 长春理工大学物理学院, 吉林 长春 130022
3 宇航动力学国家重点实验室, 陕西 西安 710043
4 中国科学院天文台长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130117
5 光电对抗测试评估技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
空间目标由于距地相对较远, 且散射光信号受到大气介质的强散射, 在地基测量中很难获取到目标的准确信息。 近年来光谱观测技术蓬勃发展, 由此为空间目标测量提供了新的方案, 但在采集的目标光谱信息中, 由于目标轨道高度、 材料组成等大多相近, 很难直接从光谱曲线中分辨出目标。 为此基于双向反射分布函数(BRDF)散射理论, 建立了空间目标散射光谱成像模型, 并由1.2 m口径地基观测平台与光谱视频成像系统实验测量了一组高轨道同步卫星(GEO)目标, 光谱范围为400~720 nm, 光谱分辨率为2 nm。 采用径向基神经网络算法对光谱数据中的BRDF进行解混, 实验测量了六种空间目标典型材料的BRDF。 由于目标相对较远, 已经超出探测系统的衍射极限, 因此目标可视为点目标, 但在地基测量中大气层是阻隔在探测系统和目标之间的重要屏障, 目标光信号穿过大气层时会受到大气介质的强烈散射, 这种散射虽然很大程度上削弱了光信号, 但同时光信号也被按原结构放大。 依据光学记忆效应, 目标光信号穿过均匀大气介质后其结构仍保持不变。 基于以上分析, 目标光斑图像应该保留有目标投影结构的信息。 为此采用针对目标光斑图像纹理区域分割反演的方法, 将目标光斑划分为10个纹理区域, 并提取对应光谱数据。 通过探测系统传递函数标定以及减噪处理, 获得了观测时段在轨目标空间几何角度下的光谱曲线。 再利用建立的典型材料光谱数据库进行拟合反演。 结果表明: 在2号、 5号、 10号纹理区域反演出了区别于其他区域不同的材料类型。 同时, 反演的各纹理区的材料面积比也有较大不同。 为进一步评估拟合结果, 采用非奇异矩阵对拟合效果进行评价, 分析了扰动方程, 拟合准确率最高为85.283 3, 最低为76.982 7。 这说明拟合结果是相对真实的, 目标散斑图像中含有可分辨的目标投影结构信息。 此研究为揭开点目标成像探测和散斑图像结构识别提供了新的方向。
空间目标 散射光谱成像 光谱反演 Space object Scattering spectral imaging Spectral inversi 
光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3023
石颖超 1,2张路明 1,2陈飞 1,2苑伟政 1,2虞益挺 1,2,*
作者单位
摘要
1 西北工业大学 宁波研究院 机电学院, 陕西西安70072
2 西北工业大学 空天微纳系统教育部重点实验室 陕西省微纳机电系统重点实验室, 陕西西安71007
数字微镜器件(DMD)作为一种灵活、可编程、可独立寻址的空间光调制器件,广泛地应用于无掩膜光刻、光束整形、全息成像、共焦测量等领域。在光谱成像领域,DMD能够对成像视场进行精细可控的调制,从而代替传统的机械掩膜版和机械扫描结构。综述了近年来DMD在光谱成像领域的研究进展和应用情况,详细论述了基于DMD的编码孔径和推扫式光谱成像系统的光学系统基本结构及工作原理;梳理了基于DMD的光谱成像系统从哈达玛变换光谱成像到推扫式光谱成像的发展脉络;详细介绍了研究人员为克服DMD微镜的衍射以及像面倾斜等像差所做的相关研究工作。最后,总结了基于DMD的光谱成像技术的独特优势,讨论了基于DMD的光谱成像技术未来的发展方向与应用前景。
数字微镜器件 光谱成像 编码孔径 哈达玛变换 推扫式 digital micromirror device spectral imaging coded aperture Hadamard transform push-broom 
光学 精密工程
2023, 31(21): 3096
作者单位
摘要
南京大学物理学院,固体微结构物理国家重点实验室,江苏 南京 210093
光谱成像 超构表面 滤波器 spectral imaging metasurface filter 
光电工程
2023, 50(8): 230139
作者单位
摘要
1 兰州理工大学 能源与动力工程学院, 甘肃兰州730050
2 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京100191
3 北京控制工程研究所, 北京100190
4 中国科学院物理研究所, 北京100190
5 北京理工大学 自动化学院,北 京100081
光谱成像系统受色差影响会导致图谱混叠,本文将单像素成像以及计算关联成像分别与光谱成像系统相结合,并在系统中引入900~1 700 nm适用的消色差透镜来校正色差。首先计算出不同胶合消色差透镜的色差大小并以此选取透镜,所选消色差透镜相较其它透镜对色差校正可以提高一个量级。其次分析了色差对光谱成像系统的影响以及单像素成像和计算关联成像的差异。最后仿真和试验分析单像素光谱成像和计算关联光谱成像特点。试验结果表明对于900~1 700 nm的近红外光谱成像,基于消色差透镜的单像素光谱成像系统取得了更好的图像重构结果,其峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,PSNR)提高了3.93 dB,结构相似度(Structural Similarity, SSIM)提高了0.96%。消色差透镜的单像素光谱成像系统在近红外光谱成像中重构图像效果优于无消色差透镜的计算关联光谱成像。
光谱成像 单像素成像 计算关联成像 色差校正 近红外光 spectral imaging single-pixel imaging computational ghost imaging chromatic aberration correction near-infrared light 
光学 精密工程
2023, 31(16): 2333
杨家伟 1,2崔开宇 1,2,*熊健 1,2饶世杰 1,2[ ... ]黄翊东 1,2,3,**
作者单位
摘要
1 清华大学电子工程系,北京 100084
2 北京国家信息科学技术研究中心,北京 100084
3 北京量子信息科学研究院,北京 100084
基于空间扫描或波长扫描的传统光谱成像设备体积庞大,无法获取动态的光谱信息。利用超表面可以实现丰富的光谱调制函数,结合计算重建和空分复用方法可以实现高光谱分辨率和空间分辨率的实时光谱成像芯片。本文介绍了超表面光谱成像的基本原理,分别阐述了基于规则形状和自由形状的超表面光谱成像芯片的设计方法与性能指标,以及基于神经网络的光谱图像快速重建算法,简述了超表面光谱成像芯片在活体大鼠脑光谱成像、人脸防伪识别、自动驾驶等领域的应用,最后讨论和展望了超表面光谱成像芯片未来的发展趋势和应用前景。
光学器件 超表面 光谱成像 自由形状超原子 神经网络 
光学学报
2023, 43(16): 1623004
王霞 *马旭 **柯钧 ***贺思 [ ... ]马凯 
作者单位
摘要
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
计算成像是集光学、计算科学、信息科学于一体的新兴交叉领域技术。该技术基于多维光场调控与解调的信息传输原理,利用前端光电成像系统与后端数据处理的“一体化设计”,解决光场信息维度与探测维度不匹配的问题,从而有效提升感知能力和探测性能,目前已成为光电成像领域的前沿方向。其中,散斑成像能够通过调控散斑场来实现强散射光成像,打破了光散射妨碍成像的传统观点;空域和时域压缩计算成像通过对光场信号的编码,能够突破半导体工艺、大量数据传递与处理对高分辨率、高速探测器的限制;压缩计算光谱成像结合光学调制、复用探测与计算重构,解决了传统光谱成像中系统复杂、数据采集效率低和分辨率受限的问题。详细介绍这3类计算成像模式的原理方法和最新研究进展,分析当前尚存的问题,并对这类技术的未来发展方向进行了展望。
计算成像 散斑成像 压缩成像 压缩光谱成像 多维光场调控 
光学学报
2023, 43(15): 1511001

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