棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪光谱分辨率研究

为研究基于棱镜-光栅-棱镜模块(以下简称PGP模块)、光谱范围在400~1 000 nm成像光谱仪的光谱分辨率问题,提出了PGP光谱仪角色散、线色散的计算方法,并理论推导出计算PGP成像光谱仪光谱分辨率的方法.研究表明,适当减小倒线色散率、狭缝宽度、光栅周期和CCD像素尺寸,都可以提高PGP光谱仪的光谱分辨率,但若仅减小狭缝宽度,又会使进入系统的光通量减少,影响系统的信噪比.用SPECIM公司的IMSPECTOR V10系列产品相应参数的对比,印证了光谱分辨率与倒线色散率、狭缝宽度的关系.     

双光栅色散-汇合光谱成像效应的计算机模拟与实现

根据双光栅色散-汇合光谱衍射成像系统光路与光栅方程,用Python程序语言编写了双光栅衍射成像过程的模拟实验程序。文中给出了计算式、算法流程以及图形用户界面(Graphical User Interface,GUI)的设计,所编写的程序不仅能模拟实际的双光栅色散-汇合光谱衍射成像实验,得到相关的实验数据,还能演示双光栅衍射成像过程中的光路变化与成像效果。     

偏振干涉成像光谱仪中CCD的成像分析

光谱仪采集目标像的干涉图最终需要通过CCD系统来成像,为了能得到更高的图像分辨率和成像质量,需要不断优化CCD成像系统。偏振干涉成像光谱仪CCD成像系统一般包含两个部分：一是通常所说的光学成像系统,另一部分是CCD图像传感器采样记录系统。本文通过分析和描述CCD的采样过程。来讨论光谱在CCD成像过程中的频谱传输特性,并论述由于离散采样过程带来的频谱混迭对CCD成像系统中成像质量的影响。     

窄带成像光谱仪技术与实时多光谱图像处理

成像光谱仪是一种空间遥感探测器，它可以同时获取目标的空间和光谱分布信息。针对机载区域遥感需要结构简单、价格适中和数掘处理迅速的成像光谱仪的特点．在窄带多光谱遥感成像仪基础上，提出了一种具有实时光谱图像处理功能的多光谱成像技术．该技术可在窄带多光谱成像过程中同时完成多光谱图像的并行处理．它大幅度地提高了成像光谱仪遥感图像处理的实时性。更为重要的是该战像技术具有极高的性能价格比优势．可广泛用于农业、地质与环保等领域。     

双光栅色散 - 汇合光谱成像效应的计算机模拟与实现简

根据双光栅色散-汇合光谱衍射成像系统光路与光栅方程，用Python程序语言编写了双光栅衍射成像过程的模拟实验程序。文中给出了计算式、算法流程以及图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）的设计，所编写的程序不仅能模拟实际的双光栅色散-汇合光谱衍射成像实验，得到相关的实验数据，还能演示双光栅衍射成像过程中的光路变化与成像效果。     

同航线双基合成孔径雷达成像的频域分析

近十年来,分布式小卫星雷达受到广泛关注.有一种低成本的方案是用一组小卫星跟随某一在轨卫星,小卫星上只有接收设备,用来接收在轨卫星发射的信号.已有的小卫星编队方案有Cartwheel,Pendulum和Tandem-X等.这些构形中,小卫星与主星的间距有的达数万米或更远,对它们接收的回波数据进行成像不同于单基合成孔径雷达(SAR).文中以沿航向排列的Tandem-X为例,分析这类双基SAR的成像算法.首先利用瞬时频率的概念,并引入双基角这一变量,精确推导出双基SAR回波信号的二维频域表达式;然后对双基角采取一定的近似,给出了一种双基距离徙动成像算法(RMA),并详细分析了此近似条件的适用范围.最后用仿真结果验证了所提方法的有效性.     

单目条件下利用成像关系估计弹道导弹射向

提出了一种在单目(单卫星相机)条件下由序列图像估计弹道导弹射向的方法.根据相机成像的物像空间几何关系建立静止轨道卫星相机成像模型,估算弹道导弹轨迹在像面上的多个映射点所对应的空间点位置,根据导弹轨迹在成像面上映射的多点位置和空间中不重合的三点可以唯一确定一个平面的原理估计弹道导弹射向.本方法主要优点是不需要导弹轨迹先验模板,所需附加知识较少,可以用较小运算量获得满足一定精度的射向估计.实验结果表明,在发射点处于中低纬度时,估计误差小于5°,本方法可以较好地估计导弹飞行方向.     

采用光学成像法的航空稳定平台振动幅度检测

针对专用航空稳定平台振动检测设备成本高、难以在高光谱成像系统平台上集成应用等问题,提出了采用光学成像法的平台振动检测方法。将面阵CCD传感器与线阵高光谱传感器呈刚性紧密安装在航空稳定平台上进行影像数据的获取,并对获取的影像序列进行简化SIFT特征提取和分层金字塔实施的光流特征跟踪。考虑到振动对光谱成像等的影响,将振动分解在沿飞行方向和垂直于飞行方向2个方向上,并根据帧间相对运动模型解算出相对运动向量,然后由单次简谐振动造成的帧间特征不匹配,推导振动过程中振幅解算模型,并根据帧间运动矢量进行振幅的解算。实验结果表明,基于光学成像法进行振动检测可以达到微米级精度,满足系统集成应用需求,且其成本仅为多普勒振动测量方法的十几分之一。     

旋光退偏器用于星载光栅成像光谱仪分析

对紫外-可见光谱区星载光栅光谱仪的响应偏振敏感性的问题,采用加入退偏器的方法来消除仪器的偏振响应,保证成像光谱仪测量结果的准确性.退偏器根据大气偏振的特点采用简单双光楔结构旋光退偏器,给出了其退偏度理论表达式,计算分析了系统的线性偏振敏感度.采用矩阵计算法推导分析了退偏器的偏振像差矩阵和光学传递矩阵,重点分析了退偏器引入的双像对成像光谱仪像质的影响.分析结果表明,加入退偏器后,仪器偏振响应敏感度小于1%,系统MTF下降小于1.5%,像质满足使用要求,完全可应用于星载光栅成像光谱仪.     

基于红外光谱成像的纺织品上射击残留物检验技术研究

对红外光谱成像技术在法庭科学领域的研究工作尚处于萌芽状态,在探讨红外光谱成像检验物证的过程中我们发现该项技术是检验肉眼不可见物证的新方法。该研究利用改制的红外成像光谱仪采集被检纺织品的光谱影像集,并对光谱影像集进行分析和处理。研究表明,利用红外光谱成像检验技术能够检验纺织品上的射击残留物,红外光谱成像技术可用于纺织品上射击残留物的定性分析检验。     

新型宽带匹配网络在双路宽光谱AOTF成像技术中的应用

基于双路AOTF的宽光谱成像技术在偏振成像光谱仪中得到应用,其成像质量受AOTF衍射效率、光谱带宽等影响。其核心部件超声换能器阻抗失配时导致驱动功率无法最大限度的传递给换能器,使AOTF光谱衍射效率降低,3dB光谱带宽变窄,影响光谱图像有用信息的获取。采用压缩回波损耗技术,设计了一种基于LC拓扑结构及组合臂的宽频带、光谱衍射效率高的新型匹配网络。最终测得AOTF的光谱衍射效率最高达94％,光谱带宽小于5nm,提高了在420~1150nm波段范围内的光谱衍射效率及分辨率,实测目标的成像质量得到明显改善。     

光谱仪焦平面阵列非均匀性校正的研究

针对成像光谱仪相关技术要求,对辐射源定标焦平面阵列非均匀性校正的数学方法进行了深入研究,导出了适于成像光谱仪应用的相关算法并分析了其特点,实验结果表明焦平面阵列非均匀性校正算法能有效提高成像光谱仪干涉图的成像质量,显著提高光谱复原的精确性.     

Operational spectrum reconstruction of data from the Fourier transform hyperspectral imager onboard HJ-1A satellite

The HJ-1A satellite was successfully launched on September 6, 2008. The inclusion of a HyperSpectral Imager (HSI) as one of the payloads of the HJ-1A Satellite is a major milestone in the field of the remote sensing in China. It is also the first Fourier transform imaging spectrometer routinely used to acquire scientific data from a satellite orbiting Earth. This paper briefly introduces the basic imaging theories of the spatially modulated Fourier transform imaging spectrometer, and then discusses the theoretical analysis and algorithms of spectrum reconstruction. Results of the operational spectrum reconstruction for the raw data of the HJ-1A satellite Fourier transform HSI are presented. At present, the algorithms and processing flow have been used successfully in the Ground Data Processing System (GDPS) built by the China Center for Resource Satellite Data and Applications (CRESDA).     

多星多载荷联合调度问题建模研究

在对多星多载荷联合调度过程及约束条件分析的基础上,从约束建模及启发式调度规则设计的角度对多星多载荷联合调度方案生成中的关键问题进行了深入研究,建立了基于阶段优化的多星多载荷联合调度模型,提出了基于规则的启发式构造算法。     

Warped time lens in temporal imaging for optical real-time data compression

We introduce for the first time the concept of anamorphic temporal imaging and its application to analog data compression in a time lens. Placed in front of a conventional spectrometer, this technique enhances the spectral resolution and the update rate. More importantly, it performs real-time optical data compression to reduce the volume of the generated digital data. Our technique introduces the concept of the warped time lens. We show that a specific class of warped time-to-frequency mapping operations combined with the nonlinear operation inherent in a photo-detector compresses the time-bandwidth product in a temporal imaging system. We employ our newly introduced Stretched Modulation Distribution to design the warp profile. Using this method, the narrow spectral features beyond the spectrometer resolution can be captured and at the same time the output bandwidth and hence the record length is minimized. The reduction in the record length results in higher update rate for the spectrometer without sacrificing the spectral resolution or bandwidth. Our method also benefits from amplitude and phase detection to recover the input complexfield spectrum. By compressing the time-bandwidth product, anamorphictemporal imaging addresses the Big Data problem in such highthroughput instruments.     

口袋式伽马能谱仪研制

便携式伽马能谱仪在野外探矿、环境辐射监测和科学实验等领域被广泛应用.为了进一步缩小便携式能谱仪的体积,提高其能谱性能,从而扩展其应用领域,本文基于最新的闪烁晶体材料、半导体光电转换器件和高性能微处理器,开展了新一代便携式伽马能谱仪研究.在探测器设计方面,采用GAGG:Ce晶体耦合SiPM阵列成功设计并制作了高效率、高能量分辨率的紧凑型能谱探头;在数据采集电路方面,采用高性能ARM处理器及其自带ADC外设替代FPGA+ADC的传统电路架构,并设计专用的信号处理ARM程序,实现了在线能谱测量,并极大的减小了电路尺寸和系统功耗.综上所述,本文基于GAGG:Ce晶体耦合SiPM并搭配ARM处理器,成功研制了一款低成本、小体积、低功耗、高性能的口袋式能谱测量仪.整个能谱仪的体积仅为80 mm×40 mm×40 mm,重量为200 g;经过实验测试,能谱仪的工作功率为481 mW,能自带电池工作26小时;能谱响应线性拟合优度为0.996,能量分辨率为5.2%(@662 keV).     

宽带光谱成像系统最优训练样本选择方法研究

为解决现有标准色卡或颜色样本集因数量大、存在严重颜色冗余而导致的光谱成像工作繁重的问题,提出一种基于宽带光谱成像系统光谱重建误差最小化的最优训练样本选择方法.通过现有颜色样本集中最有效样本的选择,实现宽带光谱成像系统训练样本的优化.研究通过伪逆方法进行光谱重建,以光谱均方根误差作为评价依据,从颜色样本集中逐步挑选训练样本,实现每次迭代所确定训练样本对样本集重建光谱误差的最小化.实验结果表明,在选择相同数量训练样本条件下,本研究方法所构建训练样本的光谱和色度精度明显优于现有方法.      

高帧率超声成像系统中一种高质量成像模式的实现

为解决高帧率(high frame rate,HFR)成像系统在通过一次发射事件成像时成像质量不够理想的问题,提出了一种以降低HFR成像系统的帧频为代价来换取高质量成像的方法.首先给出了一个更一般化的HFR成像模型,成像过程中选择不同参数的阵列波作为发射信号,一次发射事件得到一幅图像频谱,然后把数次发射事件得到的图像频谱用平均的方法合成为一帧图像频谱,最后通过Fourier变换重建图像.仿真结果表明该方案提高了成像的频谱范围,降低了成像的旁瓣幅度,从而得到了高质量的成像,并保证了较高的系统帧率.