1 昆明物理研究所，云南昆明 650223
2 北方夜视科技（南京）研究院有限公司，江苏南京 211106
针对短波红外成像系统在雾霾天气下存在图像质量模糊、分辨率低等问题，本文提出了一种基于暗通道先验理论的短波红外图像去雾算法。本文首先通过改进的暗通道先验得到暗通道图像数据，然后基于暗通道数据对大气光进行估计；为了避免目标局部高亮或细节模糊，采用引导滤波和多尺度 Retinex（Multi-scale retinex，MSR）对透射率图进行细化和增强处理，最后结合大气散射模型来反演出去雾图像。实验结果表明，经此算法处理后的短波红外图像在主观视觉和客观指标方面均得到了较好的验证，去雾效果显著、细节特征丰富且明亮度适宜。
短波红外 去雾 暗通道先验 shortwave infrared, dehaze, dark channel prior, MS MSR
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 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 中国科学院研究生院，北京 100039
系统研究了快速热退火对锌扩散的In0.53Ga0.47As/InP PIN探测器的影响。利用电化学电容电压和二次离子质谱技术分析了退火前后Zn和净受主的浓度分布，结果表明退火过程会影响杂质浓度，但不影响扩散深度。制备了不同退火条件的In0.53Ga0.47As/InP PIN探测器。器件测试反映，未退火的探测器在260~300K具有更低的器件电容和更高的激活能。通过暗电流成分拟合对器件暗电流机制进行分析，未退火器件表现出更低的肖克利-里德-霍尔产生复合电流和扩散电流，因而室温下未退火器件具有更高的峰值探测率。为了制备高性能低掺杂吸收层结构的平面型InGaAs探测器，快速热退火是不必要的工艺。
短波红外 铟镓砷探测器 快速热退火 扩散 shortwave infrared InGaAs detector rapid thermal annealing diffusion
1 云南大学 物理与天文学院，云南 昆明 650000
2 云南大学 量子信息重点实验室 ，云南 昆明 650000
3 云南贵金属实验室有限公司，云南 昆明650000
InP/InGaAs短波红外单光子探测器（SPAD）是目前制备技术较为成熟且获得广泛应用的单光子探测器，通过半导体热电制冷（TEC）即可达到的工作温度(−40 ℃左右)，具有体积小、成本低，方便安装和携带的应用优势；另外，基于常规半导体二极管的芯片制造工艺很容易实现大面阵单光子阵列，除了探测信号，还具备三维数字成像功能。国外包括美国、瑞士、意大利、韩国、日本等对InP/InGaAs SPAD进行了长期持续的研究，目前已研制出单管的货架产品，性能还在不断的优化和改进之中，其单光子探测器阵列呈现了清晰的三维成像效果，正在逐步应用。国内包括重庆光电技术研究所、中国科学院上海技术物理所、西南技术物理研究所、中国科学技术大学、云南大学等对InP/InGaAs SPAD芯片先后进行了器件设计和器件制备研究，目前单管的性能已经达到与国外报道相当的性能。国内单光子探测器阵列的研究获得了一定的进展，但芯片规模和器件性能有待提升。文中对国内外InP/InGaAs短波红外单光子探测器的发展，在设计和研制中存在的问题，以及近10年来的优化改进进行了介绍，重点介绍了高温、高速以及单光子焦平面阵列的发展，并结合新颖的离化工程和新的材料体系发展，分析了未来的短波红外单光子探测器的发展趋势。
短波红外 单光子探测器 InP/InGaAs 高温 高速 单光子焦平面 shortwave infrared single-photon detector InP/InGaAs high temperature high speed single-photon focal plane arrays 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220908
红外与激光工程
2023, 52(2): 20220308
1 武汉大学遥感信息工程学院, 湖北 武汉 430079
2 中国地质大学 (武汉) 地球物理与空间信息学院, 湖北 武汉 430074
3 生态环境部卫星环境应用中心, 北京 100094
4 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北 武汉 430079
5 武汉大学电子信息学院, 湖北 武汉 430079
煤矿开采是最重要的甲烷排放源, 然而其排放清单的准确性很低, 一个关键的原因在于缺乏精准识别和定位该类排放源的能力。近年来, 前沿研究表明可以利用卫星高光谱数据反演高分辨率的甲烷异常, 从而帮助识别排放源。但是, 在地表类型复杂地区该算法会完全失效。针对这一问题, 率先提出一种基于 L1 重加权和迭代收缩阈值算法 (ISTA) 匹配滤波器的算法。利用高分五号 (GF-5) 数据在山西地区的实验表明, 该方法性能显著优于现有的其他方法。实验中, 本方法识别出 23 个甲烷强点源, 这些点源全部位于 TROPOMI 的甲烷高值区内, 且高分辨遥感影像显示这些点源处存在典型的煤矿开采设施。该方法的提出为利用 GF-5 卫星数据在世界范围实现甲烷点源排查奠定了技术基础。
甲烷柱浓度异常探测 基于 L1 重加权和迭代收缩阈值算法的匹配滤波器算法 高分五号可见光短波红外高光谱相机数据 XCH 4 anomaly detection L1 reweighted iterative shrinkage thresholding alg GF-5 visible-shortwave infrared advanced hyperspec 大气与环境光学学报
2022, 17(6): 670
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 通用光学定标与表征技术重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 合肥市农业行业首席工作室，安徽 合肥 230031
针对卫星载荷大气校正仪分系统PSAC在陆地上空气溶胶反演领域的应用需求，基于最优化反演框架，引入信息量和后验误差分析方法，讨论了不同观测模式下气溶胶和地表参数的信号自由度（DFS）的观测角度依赖性，给出了气溶胶和地表参数的后验误差。在此基础上，分析了气溶胶和地表参数的DFS随光学厚度（AOD）和地表反射率的变化趋势。研究表明：1）不同的观测几何下，气溶胶参数总的DFS有很大差异，反演气溶胶参数的最优散射角范围是140°～180°；2）任意观测角度，细粒子为主的细模柱浓度，粗粒子为主的气溶胶柱浓度和能被反演出来，谱分布部分参数以及折射指数部分参数在大散射角能被反演获得；3）对不同AOD和地表反射率下参数的DFS分析，偏振信息的增加有助于亮地表下气溶胶参数的反演，增加短波红外波段能提升在AOD高值条件下对地表参数的获取能力。
偏振扫描大气校正仪（PSAC） 偏振遥感 短波红外 气溶胶 信息量分析 最优估计反演 polarized scanning atmospheric corrector（PSAC） polarization remote sensing shortwave infrared aerosol information analysis optimal estimation inversion
1 鲁东大学 交通学院，山东 烟台 264025
2 大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连 116024
3 烟台艾德康生物科技有限公司，山东 烟台 264006
针对烟雾环境中偏振前向传输在短波红外波段是否具有偏振信号增强的问题，实验研究了烟雾环境中水平线偏振光在532 nm和1 550 nm波长下的前向传输偏振特性。烟雾环境由烟饼燃烧所制，其主要由悬浮氯化铵颗粒和水汽组成，且氯化铵颗粒在烟饼点燃7~16 min内稳定沉积。搭建了532 nm和1 550 nm两套单波长激光前向传输测试平台，用以测量水平线偏振光在烟雾环境中的前向传输偏振特性。分析测量误差主要由激光源的光强波动误差、测量时间变化误差、偏振器件的安装误差和转角误差引起，计算了532 nm和1 550 nm激光前向传输测试平台的测量误差峰值分别约为1.03%和0.89%。测试烟饼燃烧7~16 min时的偏振状态保持率RoPS，测试结果表明：相比532 nm波长，水平线偏振光在1 550 nm波长前向传输后具有更优异的偏振状态保持特性，且随着烟雾浓度降低，两者之间的偏振状态保持差异逐渐缩小。文中研究通过实验验证了所制烟雾环境中水平线偏振光在1 550 nm波长前向传输后具有优异的偏振信号，这可为短波红外偏振技术的实际应用提供一定的实验支撑。
偏振传输 前向散射 短波红外 polarization propagation forward scattering shortwave infrared 红外与激光工程
2022, 51(3): 20210157
吉林大学地球探测科学与技术学院, 吉林 长春 130026
为探究高温目标短波红外波段(1300~2500 nm)光谱辐射亮度是否具有方向效应,及光谱辐射亮度与辐射天顶角的关系,以500 ℃石墨与金属板(304不锈钢)为高温目标,设计了暗室条件下高温目标0°~70°辐射天顶角光谱辐射亮度测量实验。利用方差分析研究短波红外波段辐射亮度是否具有方向效应,采用最小二乘法,对高温目标的方向光谱辐射亮度进行拟合,进而探究其变化规律。实验结果显示:在显著性水平α=0.01的条件下,石墨板与金属板在不同辐射天顶角的光谱辐射亮度均存在显著差异;采用最小二乘法,使用指数函数对高温目标的方向光谱辐射亮度进行拟合,拟合精度均大于0.95。研究表明:金属板较石墨板具有更显著的方向效应;石墨光谱辐射亮度方向效应不随波长的变化而变化,金属板光谱辐射亮度方向效应受波长的影响;两种材质的方向光谱辐射亮度与辐射天顶角(0°~70°)均呈指数关系。
光谱学 短波红外 光谱辐射亮度 高温目标 方向效应 方差分析
1 河南农业大学信息与管理科学学院, 河南 郑州 450046
2 南京林业大学林学院, 江苏 南京 210042
3 中科星图股份有限公司, 北京 101399
4 山东科技大学测绘与空间信息学院, 山东 青岛 266590
高分五号(GF-5)卫星上荷载的可见短波红外高光谱相机(AHSI)能够同时获取330个谱段的光谱信息,对大气和陆地进行综合高光谱观测,能有效获取地物的精确信息。云的存在会对遥感影像造成污染,为了提高GF-5数据的利用率,本文结合AHSI的地物高光谱特性,研究多种下垫面背景下的云检测方法。对得到的1级产品,利用产品配套的定标系数以及光谱响应函数文件,得到各波段的大气顶层表观反射率数据。使用多种典型地物与云像元进行表观反射率的对比后发现,厚云与其他类型的像元在可见光波段具有显著差异。高光谱数据由于波段宽度窄,易受到噪声的影响,因此在进行厚云像元判定时,使用多个窄波段数据进行等效计算,得到对应的宽波段表观反射率,在此基础上使用简单的检测阈值可以将厚云筛选出来。之后使用卷云波段,筛选出潜在的薄云像元。高亮地表作为薄云检测的重点研究对象,检测时极易与薄云造成混淆,为了将薄云区域与高亮地表进行有效区分,统计不同波段之间表观反射率比值的变化,将薄云与易造成误判的高亮区域进行对比,确定最优判定波段与阈值。为了验证算法的精度,对多景AHSI影像进行目视解译,勾选出云像元区域作为基准数据。实验结果表明,本文所提方法的云检测总体精度可达91%以上,可以准确区分云与晴空区域,实现高精度的高光谱遥感影像云检测。
遥感 云检测 高光谱 表观反射率 高分五号 可见短波红外高光谱相机
重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室, 重庆 400054
道路湿滑程度是表征公路交通安全的重要指标,路面气象传感技术能准确检测道路积水和结冰的情况,进而定量分析临界滑水速度和路面附着系数等湿滑参数,通过实时调整车速甚至封闭道路,可有效预防交通事故。非接触式路面气象传感方法具有精度高、不破坏路基和安装灵活等特点,是目前的研究热点,但核心技术仍被国外垄断,设备价格十分昂贵。基于积水、结冰路面的红外反射光谱特征,利用1310 nm与1550 nm激光的反射光强,研究了一套水膜厚度检测及冰水状态判别的数学模型和探测方法。以此为基础建立了路面气象传感系统,并对系统的光学结构进行了仿真优化。实验结果表明,该系统的测量距离可达3~5 m,水膜厚度在9 mm下的测量误差小于0.1 mm,系统能够精准判别路面干燥、积水和结冰等气象状态,具备良好的实用价值。
测量 短波红外激光 路面气象 激光传感 光学学报
2020, 40(23): 2312004
