1 北京航空航天大学电子信息工程学院，北京 100191
2 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室，北京 100190
3 北京航空航天大学网络空间安全学院，北京 100191
4 北京航空航天大学微波感知与安防应用北京市重点实验室，北京 100191
强场太赫兹（THz）时域光谱技术在强场THz科学技术与应用中具有重要作用，材料、物理、化学、生物等领域诸多涉及强场THz与物质强非线性相互作用的研究都离不开强场THz时域光谱技术。然而，受限于高效率、高光束质量、高稳定性、高重复频率强场THz辐射源的性能，强场THz时域非线性光谱技术发展缓慢。针对强场THz非线性光谱技术及其潜在应用中存在的难题与挑战，在商用kHz钛宝石激光器的驱动下，笔者设计并实现了一套基于铌酸锂倾斜波前技术产生强场THz的高度集成化时域光谱系统。在3 mJ激光能量泵浦下，利用该系统在室温下实现了单脉冲能量为6.5 μJ、峰值场强约为350 kV/cm的THz强场产生，该系统具备强场THz非线性光谱测试、THz泵浦‑THz探测、光泵浦‑THz探测、THz发射谱测量等多种超快时间分辨测量功能，是研究强场THz非线性效应的有效实验手段。
超快光学 强场THz辐射 铌酸锂 非线性光谱 泵浦‑探测 中国激光
2023, 50(17): 1714012
清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
光学频率梳具有优异的时域和频域特性,已成为一种重要的光谱探测光源。基于两个具有不同重复频率的光频梳,可以实现具有异步光学采样特点的双光梳光谱探测。除了线性光谱探测应用,双光梳技术在非线性光谱探测中同样具有独特的优势。介绍了双光梳非线性光谱的探测原理,重点综述了双光梳技术在多维相干光谱和相干反斯托克斯拉曼光谱探测中的应用。分析并总结了双光梳技术在各种非线性光谱中的优势及光谱方法的技术特点、研究现状和发展趋势。
光谱学 非线性光谱 双光梳技术 多维相干光谱 拉曼光谱 激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0100001
西安理工大学计算机科学与工程学院, 陕西 西安 710048
针对可见光多光谱图像在通用领域的应用, 为提高压缩效率, 有效提升重建光谱曲线的色度及光谱精度, 进一步存储传输, 提出了一种非线性光谱反射率模型, 并基于此设计了复杂度适中、 光照稳定性好且支持光谱跨设备再现的LabW2P编解码算法。 首先根据多光谱图像物理特性, 提出非线性光谱反射率模型, 将光谱数据表示为线性成分和差别光谱, 线性成分由六维变换空间及光谱投影系数组成, 差别成分为非线性表示成分, 该模型用于光谱数据至不同基变换空间的分解及表示, 为算法的构建, 光谱及色度重建性能的提升, 提供了理论基础; 然后, 根据人眼视觉系统特征、 光照条件, 借助CIE标准色度空间转换函数, 提取光谱反射率中的三维色度信息Lab, 保证重建图像的色度精确性; 基于光谱非线性表示模型, 采用类视觉曲线的三角函数基, 提取线性成分前两维投影系数作为光谱编码的后两维W1和W2, 用于近似描述CIERGB色度空间中R和G通道, 同时有效提高光谱数据的色度和光谱还原度; 利用误差补偿机制生成预测差别光谱, 采用主成分分析（PCA）法提取其第一维主成分作为编码值P, 补偿了线性光谱重建误差, 并进一步提升了光谱精确性; 最后, 组合提取的三部分数据, 形成LabW2P编码。 LabW2P解码即编码的逆过程。 首先, 根据Lab及W1和W2, 结合CIELAB至CIEXYZ色度空间转换函数、 光照条件、 CIE标准观察者色匹配函数、 及三角函数基, 采用最小二乘回归, 获得变换空间上的重建投影系数, 进而重建线性光谱数据; 然后, 根据P值, 采用PCA逆变换, 获取重建预测差别数据, 最后, 结合两部分重建数据, 获得光谱重建图像。 实验分析显示, LabW2P算法的平均色度精度为0.207 6, 较经典的PCA, LabPQR和LabRGB法分别提升了81.54%, 55.48%, 32.29%, 最大平均色差为0.507 0, 此外均处于0～0.5之间, 达到了视觉难以辨认的可忽略色差的色彩重建水平; 平均光谱精度为0.012 7, 较PCA性能稍弱, 较LabPQR和LabRGB法分别提升了13.01%, 6.62%, 表明LabW2P编码法的色度和光谱重建性能优势明显。 此外该算法可直接用于物体色估计, 较PCA和LabPQR法, 传输附加信息少, 可达压缩比更高。
可见光谱 多光谱图像编解码 色彩再现 非线性光谱模型 预测法 Visible spectrum Multispectral image codec Color reproduction Non-linear spectral model Prediction 光谱学与光谱分析
2019, 39(6): 1823
1 复旦大学 电磁波信息科学教育部重点实验室, 上海 200433
2 北京师范大学 地表过程与资源生态国家重点实验室, 北京 100875
3 复旦大学 信息学院智慧网络与系统研究中心, 上海 200433
非线性解混可以解释高光谱图像复杂场景中的非线性混合效应, 但地物的光谱变异性是其中的一个难点。提出一种考虑光谱变异性的无监督非线性解混算法。通过核函数将原始高光谱图像数据隐式地映射到高维特征空间中, 从而在该空间中结合光谱变异性进行线性解混; 与此同时, 依据实际地物的分布特性, 添加丰度和光谱变异系数的局部平滑约束。模拟和真实高光谱数据的实验结果表明, 该方法能克服不同非线性混合场景中存在的光谱变异性问题, 提高光谱解混的精度。
高光谱图像 非线性光谱解混 光谱变异性 核方法 平滑约束 hyperspectral imagery nonlinear spectral unmixing spectral variability kernel function smoothness constraints
1 复旦大学 电磁波信息科学教育部重点实验室, 上海 200433
2 北京师范大学 地表过程与资源生态国家重点实验室, 北京 100875
3 复旦大学 信息学院智慧网络与系统研究中心, 上海 200433
4 复旦大学 数学科学学院, 上海 200433
高光谱遥感图像的非线性光谱解混能弥补线性方法难以解释复杂场景中非线性混合效应的不足, 而双线性混合模型及算法是其研究的热点.提出了一种基于双线性混合模型几何特性的光谱解混算法.通过将模型中的非线性混合项表示为一个融合了共同非线性效应的额外端点的线性贡献, 使复杂的双线性混合模型求解转化为简单的线性解混问题.然后结合传统的线性解混算法直接迭代估计正确的丰度.模拟和真实遥感图像数据的实验结果表明, 与其它相关解混方法相比, 该算法能较好地克服共线性效应以及拟合优化过多参数对双线性混合模型求解造成的不利影响, 同时提高了解混的精度和速度.
高光谱遥感 非线性光谱解混 双线性混合模型 丰度估计 单形体 hyperspectral remote sensing nonlinear spectral unmixing bilinear mixture model abundance estimation simplex
1 复旦大学 电磁波信息科学教育部重点实验室, 上海 200433
2 北京师范大学 地表过程与资源生态国家重点实验室, 北京 100875
3 复旦大学 信息学院智慧网络与系统研究中心, 上海 200433
介绍了近年来非线性光谱解混方法的发展状况, 主要包括矿物沙地地区的紧密混合模型和植被覆盖区域的多层次混合模型, 以及基于这些模型的非线性解混算法和利用核函数、流形学习等方法的数据驱动非线性光谱解混算法及非线性探测算法.最后分析总结了现有非线性解混模型与算法的优势与缺陷及未来的研究趋势.
高光谱遥感 混合像元 非线性光谱解混 Hapke模型 双线性混合模型 核方法 流形学习 hyperspectral remote sensing mixed pixel nonlinear spectral unmixing Hapke model bilinear mixture model kernel method manifold learning
1 中国科学院遥感与数字地球研究所, 数字地球重点实验室, 北京 100101
2 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院, 辽宁 阜新 123000
研究浑善达克沙地光合/非光合植被(photosynthetic/non-photosynthetic vegetation, PV/NPV)及裸土(bared soil, BS)光谱混合机理, 对于构建沙地最佳光谱混合模型、 准确估算沙地地表植被覆盖信息具有重要意义。 本研究通过两景覆盖研究区的Hyperion高光谱影像获取47个典型混合样地对应混合光谱信息, 利用地面实测获取PV/NPV及BS端元光谱和每个样地各端元丰度信息, 然后分别尝试采用线性光谱混合模型和非线性光谱混合模型对所有样地混合光谱进行分解计算光合植被覆盖度(fractional cover of photosynthetic vegetation, fpv)和非光合植被覆盖度(fractional cover of non-photosynthetic vegetation, fnpv), 通过比较不同模型分解均方根误差及PV/NPV覆盖度估算精度来探索浑善达克沙地PV/NPV及BS之间光谱混合形成机理, 寻求适合其fpv与fnpv估算的最佳光谱混合模型。 结果表明: 对于浑善达克沙地来说, 基于PV/NPV及BS的线性光谱混合模型可以实现fpv与fnpv的较好估算, fpv估算的均方根误差为0.12(R2=0.84), fnpv估算的均方根误差为0.13(R2=0.66); 考虑多重散射影响的非线性光谱混合模型无论在模型分解精度还是在fpv与fnpv估算精度上均没有明显提升, 其中各端元之间的多重散射作用对fpv估算精度的影响不大, 但会导致fnpv估算精度的明显降低。
光合植被 非光合植被 线性光谱混合模型 非线性光谱混合模型 浑善达克沙地 Photosynthetic vegetation Non-photosynthetic vegetation Linear spectral mixture model Non-linear spectral mixture model Hunshandake (Otindag) sandy land 光谱学与光谱分析
2016, 36(4): 1063
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
液晶空间光调制器的离散型相位调制和像素间隙是4f脉冲整形系统的主要失真原因，基于以上因素的分析，建立了完善的4f脉冲整形系统数学模型，数值模拟了不同相位调制变化率、不同像元尺寸、不同间隙尺寸以及不同色散关系下的离散型相位调制和像素间隙导致的失真情况。模拟结果表明：离散型相位调制会导致整形脉冲中出现副本脉冲，相位调制变化率越大或像元尺寸越大均会导致这种副本脉冲越强，输出目标脉冲失真越严重；像素间隙也会导致整形脉冲中出现副本脉冲，间隙尺寸越大会导致这种副本脉冲越强，输出目标脉冲失真越严重；两种副本脉冲均呈等间隔分布，其周期由每个像元对应的频谱宽度决定，非线性光谱色散会使副本脉冲啁啾化且强度变小。
4f脉冲整形系统 像素间隙 离散型相位调制 非线性光谱色散 副本脉冲 4f configuration pixel gaps discrete phase modulation nonlinear dispersion replica pulses 强激光与粒子束
2016, 28(8): 28081005
医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建师范大学, 福建 福州 350007
结直肠癌 (colorectal cancer, CRC) 的早期诊断对减少肿瘤发病率和死亡率具有极其重要的意义。随着分子生物、内镜影像技术以及激光技术的发展, 各种诊断方法不断改进, 新诊断方法和技术不断涌现, 对结直肠癌的早期诊断、定位和分期提高到了一个新的认知水平。本文简述了结直肠组织的层微结构和癌变进程, 介绍了目前临床诊断的主要方法, 展望了其发展方向。论文在重点评述非线性光谱技术, 包括双光子激发荧光、二次谐波以及拉曼光谱在CRC诊断研究的基础上, 提出联合多光子显微成像与拉曼光谱技术进一步开展结直肠癌早期无损诊断研究。
结直肠癌 非线性光谱技术 早期诊断 colorectal cancer (CRC) nonlinear spectroscopy early diagnosis
