光谱测量技术在无损检测、地质勘探、农业普查等诸多方面均有广泛应用, 且随着技术的发展, 相关工艺器件近几年得到了长足的进步。在结合实际应用需求的前提下, 比较全面地介绍了光谱测量技术的发展历史, 以及近年来相关技术的研究现状和发展动态。并且从传统型、计算型、多路复用型三个角度较详细地总结了目前光谱测量的主要形式。着重介绍了包括计算层析、压缩感知、傅里叶变换、哈达码变换等多种光谱测量技术的原理及实现方法, 并分别总结了优缺点。对目前光谱测量技术中亟待解决的问题进行了分析总结, 对未来光谱测量手段的发展进行了展望。

哈达玛多路复用技术能有效改善离子迁移谱的信噪比,但在哈达玛还原谱中出现了假峰等 失真现象,严重影响了离子迁移谱(IMS)的检测性能。通过改变多路复用参数来观察哈达玛变换离子迁移谱 中的假峰变化情况,分析了各种多路复用参数与哈达玛变换离子迁移谱中假峰的关联性。实验结果表 明:多路复用参数的变化可能会改变假峰的位置或峰型,但无法从根本上消除哈达玛离子迁移谱的假峰现象。 结果进一步证明了哈达玛多路复用中固有的调制缺陷可能是哈达玛变换离子迁移谱中出现假峰的主要原因之一。

由于数字微镜（digital micro-mirror device, DMD)哈达玛变换光谱仪其成本低, 光能利用率高及无运动部件等优势, 逐渐成为光谱仪领域的研究重点。 研制了一款基于DMD的哈达玛变换光谱仪。 为了解决光谱仪谱线弯曲造成的光谱分辨率下降的问题, 对基于DMD的哈达玛变换光谱仪中的谱线弯曲所引起的谱带混叠进行了分析。 首先, 导出了谱带混叠与谱线弯曲的关系式。 然后, 提出了两个过程来解决谱带混叠, 一是通过调整DMD编码条纹, 使DMD所编码的谱带最大限度地与标准谱带重合; 二是通过数据处理对谱带混叠进行修正。 最后, 通过对谱线曲率半径为5.8×104, 7.8×104和9.7×104 μm等六种情况下谱带混叠进行了分析与修正, 拟合出光谱混叠和修正效果与谱线曲率半径的关系。 结果表明: 对于不同程度的谱线弯曲经过这两个过程修正后, 分辨率都会改善到接近光学系统的分辨率, 说明这两个过程对修正谱线弯曲具有普适性、 并且方法简单、 有效。

为了提高数字微镜(digital micro-mirror device,DMD)哈达玛变换光谱仪的编码效率,满足光谱仪大量、实时采集的要求,设计了一种新的DMD哈达玛变换光谱仪的电学结构。将哈达玛编码数据预存到DMD驱动板板载FLASH芯片上,编码时将编码数据读取到DDR2板载内存上,连续播放DMD编码条纹,通过DMD的内同步信号触发光谱采集系统采集光谱数据。实验表明,对511阶哈达玛变换来说,光谱仪的采集时间小于1 s,可以满足哈达玛变换光谱仪实时的光谱检测要求,并且其结构还降低了对上位机的依赖,为光谱仪脱离上位机操作奠定了基础。

为了增强探测器在微弱光信号条件下的成像质量，提出了一种利用哈达玛变换(Hadamard Transform，HT)实现高灵敏探测的成像方法。基于探测器噪声独立于信号，且每次测量噪声也相互独立的假设，分析了在哈达玛编码成像与经典成像中，噪声对图像信噪比的影响。推导出编码成像的信噪比提升与编码模板长度n有关，约为经典成像信噪比的sqrt(n)/2 倍。同时采用分区编码的方式，减小了高分辨率图像的编码时间。实验结果表明，与经典成像方式相比，采用分区编码的哈达玛变换成像方法明显的提高了图像的信噪比，同时可以在高分辨率图像条件下，缩短编码时间。

提出并设计了一个应用数字微镜(DMD)的哈达玛变换近红外光谱仪。以光栅为分光元件，用DMD 代替传统的机械式哈达玛编码模板进行光学调制，用InGaAs单点光电二极管探测调制后的光谱信号。综合考虑分辨率、能量利用率、像差和体积等因素，合理选择狭缝长和宽、光栅入射角及透镜焦距，采用光路分段优化法进行光学设计，通过DMD 面阵上的狭缝像和探测器上的点斑尺寸等分析设计结果。模拟分辨率优于4 nm，探测器上点斑尺寸小于3 mm,光学系统尺寸为75 mm×25 mm×85 mm。为提高光谱仪对弱光谱信号的探测能力，在系统前加入了一种集光结构，使从光纤出射的光能的利用率理论值提高24.2%。实验结果表明，该光谱仪的光谱分辨率优于6 nm，通过添加集光结构可以大大提高光谱仪的能量利用效率。该光谱仪具有分辨率高、能量利用率高、体积小、成本低等优点，有广阔的应用前景。

基于哈达玛变换算法和微光机电系统(MOEMS)微镜的良好可编程性，提出了一种改善新型空间调制傅里叶变换光谱探测系统信噪比的方法。对哈达玛变换算法应用于该系统做了理论分析并搭建了实验系统进行验证。结果表明，经过哈达玛变换处理后的干涉信号噪声明显减小，复原光谱旁瓣得到明显抑制，信噪比显著提高。

介绍了采用数字微镜器件的哈达玛光谱仪的成像原理及光学结构，阐述了数字微镜器件像元大小与探测器阵列尺寸不匹配，从而导致光谱能量偏移的现象.通过对复原图像进行修正，提出了矩阵修正算法.采用由哈达玛光谱仪得到的7阶植物光谱图像，对复原图像应用矩阵修正算法进行修正，有效减小了明暗条纹现象.为了提高复原图像的成像质量，实验选取相邻明暗条纹中的点绘制光谱曲线图，结果表明：存在能量偏移的暗条纹处的光谱曲线偏移较大，明条纹处光谱曲线基本重合，证明了修正算法的有效性.