成像光谱仪

摘要： 针对高光谱成像需求,设计了一套可见/近红外实时成像光谱仪。光谱仪基于声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)分光器件进行设计,光谱带宽为1.3μm,其中可见光相机工作在400~1000 nm波段,近红外相机工作在1000~1700 nm波段。光谱仪控制系统以现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)为核心处理单元,使用Cameralink接口采集相机数据,使用RS422串口对AOTF进行频率控制,通过AOTF同步信号与相机外触发信号相结合,实现了连续图像与多波长循环采集的一一对应,图像数据最后经过USB3.0接口传输到上位机进行实时显示。经外场测试,光谱仪成像质量良好,系统工作稳定,针对1024×1024分辨率图像,图像实时传输速率最高可达120 frame/s,满足设计要求。在实际工程应用中,该控制系统接口丰富,且可靠性高、灵活性好,具有较强的可扩展性。

摘要： 近年来许多方法被提出以实现透过散射介质的聚焦和成像,然而,在非入侵且无波前整形技术的情况下,透过散射介质的目标光谱重建仍极具挑战。提出了一种非侵入式散射介质内多光谱重建的新方法。该方法通过非侵入式的探测手段,利用随机散斑照明隐藏目标,成像光谱仪记录目标的光谱信息和空间信息,并结合非负矩阵分解算法对目标混叠谱进行解析,从而实现散射介质内多光谱重建。仿真实验结果表明:该方法可以快速分辨并重建散射介质内的多个目标光谱,且重建光谱具有高的光谱相关性(大于0.99)和低的均方根误差(小于0.02)。

摘要： 由磁场重联触发的发生在日冕和过渡区域上的具有高度动态的太阳爆发活动是灾害性空间天气的驱动源,对太阳爆发活动的空间成像和光谱分光测量是实现精准空间天气预报的关键数据来源.太阳大气上单离子氦的Lyman a跃迁产生波长30.4 nm的HeⅡ共振谱线,相比于邻近的谱线强度至少高一个数量级,因此能用来观测太阳爆发事件中的物质流动和能量输运过程.本文针对传统的太阳极紫外成像仪和成像光谱仪的缺陷,利用光线追迹方法设计了一款工作在HeⅡ30.4 nm波长处的二维光谱层析成像仪器,采用无狭缝的3个级次(–1,0,+1)同时衍射成像架构,单次快照可实现大视场的二维光谱瞬时成像.由于3个级次图像的空间信息和光谱信息混叠,利用有限层析投影角度的光谱数据反演算法,重构了观测目标的三维数据立方体Ⅰ(x,y,λ).

摘要： 目前手机摄像头已经具备在空间(x-y方向)和深度(z方向)维度上获取成像信息的能力,而在光谱维度的信息获取上一直停留在RGB三色上,受困于手机平台的尺寸限制,传统的成像光谱仪很难嵌入。本文基于多通道阵列滤光片、微透镜阵列成像和一体化集成制造技术,完成了系统整体设计、关键部件设计制造、整体装配,并实验验证了光谱成像。系统整体物理尺寸小于Φ6×6 mm,光谱分辨率为8 nm,光谱范围为0.53~0.68μm。实验研究表明,对不同颜色的实物成像,可以获得物体任意部位的光谱曲线,验证了快照式光谱仪的设计指标。该光谱仪具备了嵌入手机的基本条件,此研究有望推动成像光谱仪在手机上集成应用。

摘要： 欧空局2019年将“人为二氧化碳排放监测任务CO2M”列为哥白尼计划的Sentinel 7任务,并在前期方案设计的基础上,签订了载荷研制合同。该卫星的主要探测仪器有用于CO和NO探测的CO2I和NO2I组合光谱成像仪、多角度偏振仪MAP和三波段高空间分辨率云成像仪CLIM。基于公开文献,概述了该任务的需求以及主要光学有效载荷的性能指标需求、探测原理、结构设计和关键技术等。

摘要： 针对高空间分辨率、高光谱分辨率和大幅宽成像的遥感应用需求,提出了高分辨率超大幅宽星载成像光谱仪技术方案,分析确定了成像光谱仪光学系统指标,设计了空间成像光学系统和光谱成像光学系统.空间成像光学系统采用自由曲面离轴三反设计方案,实现了大视场、大相对孔径像方远心设计,系统相对畸变小于0.02％;光谱成像光学系统的狭缝长度超过90mm,采用新型离轴透镜补偿型Offner设计方案,实现了长狭缝高保真光谱成像设计,谱线弯曲和色畸变均小于1/10像元尺寸.设计结果表明,高分辨率超大幅宽星载成像光谱仪光学系统简单紧凑,成像品质接近系统衍射极限,满足星载高光谱对地成像的数据应用要求.

摘要： 成像光谱仪融合了光谱技术和成像技术的优点,能够实现定性、定量、定时、定位分析,具有“图谱合一”的优点,结合无人机、载人机可实现在多个领域的应用,特别是在目前关注度较高的环保领域.以机载成像光谱仪的前沿技术及系统为切入点,介绍了成像光谱仪的发展现状,并通过实际应用案例,详细介绍了机载成像光谱仪在环保领域的各种应用,最后对机载成像光谱仪的发展进行了展望.

摘要： 在小型化成像光谱仪的研制和应用中,如何同时实现轻量化、高地面分辨率和高信噪比是目前亟待突破的技术难题.本文通过将线性渐变滤光片分光技术和数字域时间延迟积分技术相结合,并对镜头进行紧凑化处理,设计了一款工作波段为403～988 nm、平均光谱分辨率为8.9 nm、系统总质量为7 kg的轻小型星载高光谱成像光谱仪.仿真和实验结果表明,该高光谱成像仪能在500 km轨道上得到刈幅宽度为50.5 km、地面分辨率为10 m的高光谱图像,且图像信噪比良好.该成像光谱仪可为微纳卫星获得高分辨率的高光谱图像提供技术支持,推动了我国高光谱遥感探测技术的发展.

摘要： 为提高星载成像光谱仪光谱数据保真度,抑制地面场景不均匀性造成的光谱失真,文章设计一种狭缝均质器型成像光谱仪光学系统,包括特定像散的前置望远系统、狭缝均质器和分光系统.通过狭缝均质器的引入,将实现匀化星载成像光谱仪中沿轨方向的景物光线,提高狭缝宽度方向照明均匀性,抑制光谱响应函数失真.设计结果显示:成像光谱仪通过四倍过采样采集光谱信息,弧矢方向MTF接近衍射极限;仿真成像光谱仪探测沿轨方向非均匀目标,其光谱响应函数失真值从传统成像光谱仪的42.8降低至9.1％.该光学系统可有效抑制因观测场景不均匀造成的光谱失真现象,有利于成像光谱仪高保真的实现.

摘要： 为有效控制成像光谱仪中心波的测量射线、实现对地面定标角度的灵活转换,本研究设计了成像光谱仪视场中心波长定标角度的自动控制方法.通过选择定标光源的方式,搭建波长定标装置,再借助处于既定位置处的测试光源,完成对中心波光谱的定标处理.分别计算中心波测量射线的水平方向与垂直方向转角,利用已生成的角度控制程序实现对定标角度的自动化控制.实验结果表明:应用本文方法后,地面定标角度的实际变动范围始终处于30°至165°之间,可实现对成像光谱仪中心波测量射线的有效控制.

摘要： 介绍了一种性能先进的推扫型成像光谱仪,即全谱段多模态成像光谱仪(UVIRIS).它具有近1400个波段,覆盖了从紫外到热红外的光谱范围,可应用于国土、林业、环保、海洋等领域.全面介绍了UVIRIS的系统设计及其整体性能,简要给出了该UVIRIS进行的遥感飞行作业及成像应用情况.

摘要： 嫦娥3号玉兔车载可见和近红外成像光谱仪第一次在月面对月壤进行了原位可见光和近红外光谱测量,其全景相机拍摄到了月表冲效应.综合光谱和冲效应测量结果,推测出月面表层风化物颗粒大小在10～20微米范围内,并对照光谱库查找表初步推算出颗粒成份含量.对全景相机近距离拍摄的巨大岩块进行分析并对照阿波罗月岩照片后发现,X撞击坑边的巨石类型与阿波罗登陆点的岩石种类不同,但很可能是玄武岩或晶屑凝灰岩中的一种.根据陨石坑边沿石块尺寸分布和撞击坑年龄关系的经验关系,推算出X撞击坑的年龄在3亿年左右.

摘要： 利用基于声光可调谐滤波器(Acousto-optic Tunable Filter,AOTF)成像光谱仪获取高光谱数据,探索由马铃薯冠层光谱数据组成的植被指数TCARI/OSAVI与叶片氮素含量之间的相关关系,并建立相应的估算模型,并检验其精度.实验结果表明:植被指数TCARI/OSAVI与马铃薯叶片氮素含量有很强的相关性,相关系数为0.726,达极显著相关.经过实测数据验证,估算模型:y=-8.5937x+8.8518有较好的可靠性.

摘要： LCTF成像光谱技术是近年来快速发展起来的一种成像光谱技术,它具有光谱分辨率高、谱段范围宽、质量轻、电磁兼容性好等诸多优点,同时由于其采用面阵凝视型成像方式可以实现"图谱合一",因此非常适合作为深空原位光谱探测的光学载荷.本文设计了一种基于深空原位探测的LCTF成像光谱仪,文中介绍了其总体及分系统设计方案,证明LCTF深空原位探测应用的可能性生.

摘要： 依托月球巡视勘察器,进行月岩的现场探测和采样分析是我国探月二期工程的重要目标。本文针对月面特殊的应用环境,提出一种基于声光可调谐滤光器(AOTF)的小型化月面巡视红外成像光谱仪的方案,并在实验室进行了原理样机的测试和部分应用实验,效果令人满意。本系统在快速获取月壤的化学成分信息的同时,其还能够获得各成分的空间分布信息。系统功耗低,光谱扫描速度快,体积小巧,且抗振能力极强,非常适合于月面应用。

摘要： 本文采用小波分析方法，对巴颜喀拉地块中东段及其内部区域的MODIS(中分辨率成像光谱仪)卫星遥感热红外亮温趋势变化过程进行了详细分析。主要是对巴颜喀拉地块中东段的热红外亮温变化特点进行了仅限于现象方面初步分析总结。强震孕育具有大时间尺度的特点，文中所用资料时间长度只有9年，因此，上述分析讨论需要更长资料和更多震例来验证。

摘要： 光电侦察是C4ISR系统的重要组成之一.成像光谱仪与红外热像仪是两种极具价值的光电传感器:前者能够在获取地表空间图像的同时,得到地物连续的光谱信息,使得基于地物光谱特性的目标精确鉴别成为可能,而后者提供地表热辐射信息,具有热目标全天时探测能力,因此二者在军事目标识别、伪装检测等领域具有各自独特的优势.本文从成像光谱仪与红外热像仪的互补性出发,探索二者集成探测的应用潜力,分别从集成探测的优势、系统组成以及数据融合关键技术等方面进行分析与探讨,并通过数据融合实验验证了双传感器集成探测的优势与价值.

摘要： 光谱探测技术,包括成像光谱仪具备获取观测目标图谱合一数据的能力,是分析物质成分的主要方法之一,已在地球和空间遥感中得到广泛的应用,特别适合深空探测对星体表面矿物结构和成份的探测与分析.最近十年来,欧美已经先后研制了若干深空探测光谱仪,用于获取月球与火星等星体表面或大气的光谱特征,考察其物质组成及成分.rn AOTF首先用作航天光谱探测的分光器件,被认为是20世纪90年代光谱仪最突出的进展,也常被称作第五代分光技术.AOTF是基于反常Bragg衍射的声光互作用原理,由双折射晶体及贴附在其上的换能器与吸声器组成,当复色光入射到晶体表面时,通过改变加载在换能器上的射频驱动信号频率来调整输出衍射光的波长,具有体积小、重量轻、可编程、响应快速、稳固易于集成以及较强的环境适应能力等特点,在深空探测领域应用中具备优势.基于AOTF分光的有效载荷CE-3红外成像光谱仪VNIS利用两块AOTF器件,实现了以5 nm为采样间隔的可见近红外成像通道(0.45～0.95 μn)和短波红外通道(0.9～2.4 μm),可分别对着陆区月表物质的成像与光谱采集,为月壤成分分析提供了有效数据支持.此外,CE-5月球矿物光谱分析仪作为后续项目,其性能也得到进一步提升,在加入二维指向机构的同时,光谱探测能力将扩展到中波波段(3.2 μm).rn 与以往的地面应用或在轨工作的光谱仪不同,深空探测要求设备必须在宽温度的恶劣环境下工作,对仪器定标及其宽温度工作的影响校正提出更高要求.以CE-3红外光谱仪定标技术为例,形成了以新型AOTF分光器件的性能检测,基于AOTF器件特性的光谱仪光谱定标与辐射定标,以及空间宽温度环境下的温度影响校正的数据预处理模型的整套系统化定标流程,在此基础进行了多项地面验证试验,验证了上述定标及数据反演模型的精确性.rn 首先介绍了欧空局(ESA)火星快车(Mars Express)的SPICAM、OMEGA以及美国火星轨道探测器MRO搭载的CRISM的特点指标以及相关应用.然后介绍了新型分光器件——声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)的原理及特点,并对基于该分光技术的拟用于月球探测的CE-3红外成像光谱仪及CE-5月球矿物光谱分析仪作了简要介绍,最后介绍其光谱定标及辐射定标及宽温度工作时的温度特性分析与校正,为AOTF深空探测的进一步应用提供技术参考.

摘要： 本文简述了成像光谱仪的研制，分析了干涉成像光谱仪在各方面的应用。目前该仪器在轨工作正常，应用专家对其进行了评估和应用示范，针对敦煌地区图像开展高光谱90以上，针对于西藏拉萨干旱灾害进行的遥感监测、内蒙古地区荒数据信噪比评估，信噪比达到了漠化监测评估以及巢湖水华监测，都满足了各种应用的需求。

摘要： 利用波段比值算法对经几何校正和大气矫正后的MODIS/Ter ra L-1B数据进行处理,获取了2004～2010年天气晴好条件下太湖及各分湖区蓝藻水华的面积与时空分布,并在此基础上对太湖蓝藻水华的时空变化特征进行了分析.结果表明:2004～2010年太湖地区共暴发蓝藻水华539次;2004～2007年太湖蓝藻水华首次暴发时间逐年提前,暴发频次逐年增加,2007～2010年太湖蓝藻水华首次暴发时间逐年推迟,暴发频次逐年减少;2004～2010年3～8月份蓝藻水华暴发次数有增加的趋势,8～12月份蓝藻水华暴发次数有减小的趋势;2004～2010年太湖蓝藻水华主要发生在北部和西部湖区,东部和南部湖区发生次数较少,各分湖区蓝藻水华暴发概率大小的顺序为:西部沿岸＞大太湖＞梅梁湾＞南部沿岸＞竺山湖＞贡湖.

摘要： 本发明涉及一种用于光谱分析和图像检测的微型光谱仪（10），包括：‑探测单元（7），用于检测光学参量；和‑光学单元，包括极化器（2）、Savart元件（40）和分析器（5），所述Savart元件包括第一双折射元件（4a）和第二双折射元件（4b），其特征在于，‑在极化器（2）和Savart元件（40）之间的光路中布置第一液晶元件（3a），其被设计用于将从第一液晶元件射出的辐射（103）的第四极化轴（203）调整为，使得从第一液晶元件射出的辐射（103）在微型光谱仪（10）的成像模式中在没有分裂的情况下通过第一双折射元件（4a）并且从第一液晶元件射出的辐射（103）在微型光谱仪（10）的光谱仪模式中在第一双折射元件（4a）中被分裂成第一正常射束（500b）和第一异常射束（500a），并且‑其中在Savart元件（40）后方的光路中布置分析器（5），并且‑在分析器（5）后方的光路中布置探测单元（7）。

摘要： 本发明涉及一种用于光谱分析和图像检测的微型光谱仪（10），包括：‑探测单元（7），用于检测光学参量；和‑光学单元，包括极化器（2）、Savart元件（40）和分析器（5），所述Savart元件包括第一双折射元件（4a）和第二双折射元件（4b），其特征在于，‑在极化器（2）和Savart元件（40）之间的光路中布置第一液晶元件（3a），其被设计用于将从第一液晶元件射出的辐射（103）的第四极化轴（203）调整为，使得从第一液晶元件射出的辐射（103）在微型光谱仪（10）的成像模式中在没有分裂的情况下通过第一双折射元件（4a）并且从第一液晶元件射出的辐射（103）在微型光谱仪（10）的光谱仪模式中在第一双折射元件（4a）中被分裂成第一正常射束（500b）和第一异常射束（500a），并且‑其中在Savart元件（40）后方的光路中布置分析器（5），并且‑在分析器（5）后方的光路中布置探测单元（7）。

摘要： 一种高稳定度高光谱分辨率干涉成像光谱仪的成像方法及实现该方法的光谱仪，其转换成平行光束的目标光，经分束器分为反射光束和透射光束。反射光束经转镜和角反射器反射后回到分束器，由傅立叶透镜会聚形成第一束光的光程。透射光束经角反射器和平面反射镜反射后回到分束器，由傅立叶透镜会聚形成第二束光的光程，两束光到达探测器时产生光程差。角反射器沿垂直于分束器的平面同步移动，两束光的光程差范围发生变化，不同光程差范围所对应的干涉光谱图叠加后，经傅立叶变换，得到高光谱分辨率的目标复原图像。本发明解决了背景技术只能对单象素取样，或系统结构复杂、稳定性差等技术问题，其实时性好，尤适于对大目标的大面积扫描。

摘要： 一种高稳定度高光谱分辨率干涉成像光谱仪成像方法及光谱仪，其准直透镜将来自目标的光转换成平行光束，经分束器后分为反射光束和透射光束。反射光束经转镜和角反射器多次反射后回到分束器，由傅立叶透镜会聚到探测器，形成第一束光的光程。透射光束经平面反射镜和角反射器多次反射后回到分束器，由傅立叶透镜会聚到探测器，形成第二束光的光程。两束光到达探测器时产生光程差，在探测器上产生干涉光谱图。干涉光谱图经计算机处理系统傅立叶变换，得到复原的目标图像。本发明解决了背景技术只能对单象素取样，或系统结构复杂、稳定性差等技术问题，其可大大缩小仪器的整体结构，且加工简单。

摘要： 本发明提供一种短波红外成像光谱仪分光系统及短波红外成像光谱仪，解决现有技术中各类Offner分光系统所存在的成像质量差、加工及装调难度高的问题。该分光系统采用物像双侧远心光路结构，包括狭缝、短波红外探测器以及依次共轴设置且凹面均面向物侧的凸面反射光栅、负弯月透镜以及凹面反射镜；从狭缝入射的光线经凹面反射镜反射、负弯月透镜透射后，通过凸面反射光栅色散，再经负弯月透镜透射、凹面反射镜反射，被短波红外探测器接收并成像。

摘要： 一种高稳定度干涉成像光谱仪的成像方法及实现该方法的光谱仪，其准直透镜将来自目标的光转换成平行光束，经分束器后分为反射光束IF和透射光束IT。反射光束IF经转镜和角反射器多次反射后回到分束器，由傅立叶透镜会聚到探测器，形成第一束光的光程。透射光束IT经角反射器和分束器多次反射后回到分束器，由傅立叶透镜会聚到探测器，形成第二束光的光程。两束光到达探测器时产生光程差，在探测器上产生干涉光谱图。干涉光谱图经计算机处理系统傅立叶变换，得到复原的目标图像。本发明解决了背景技术只能对单象素取样，或系统结构复杂、稳定性差等技术问题，其装校工作量小，信号噪声降低，实时性好，尤适于大面积扫描。

摘要： 一种高稳定度高光谱分辨率干涉成像光谱仪的成像方法及实现该方法的光谱仪，其转换成平行光束的目标光，经分束器分为反射光束和透射光束。反射光束经转镜和角反射器反射后回到分束器，由傅立叶透镜会聚形成第一束光的光程。透射光束经角反射器和平面反射镜反射后回到分束器，由傅立叶透镜会聚形成第二束光的光程，两束光到达探测器时产生光程差。角反射器沿垂直于分束器的平面同步移动，两束光的光程差范围发生变化，不同光程差范围所对应的干涉光谱图叠加后，经傅立叶变换，得到高光谱分辨率的目标复原图像。本发明解决了背景技术只能对单象素取样，或系统结构复杂、稳定性差等技术问题，其实时性好，尤适于对大目标的大面积扫描。

摘要： 一种高稳定度高光谱分辨率干涉成像光谱仪成像方法及光谱仪，其准直透镜将来自目标的光转换成平行光束，经分束器后分为反射光束和透射光束。反射光束经转镜和角反射器多次反射后回到分束器，由傅立叶透镜会聚到探测器，形成第一束光的光程。透射光束经平面反射镜和角反射器多次反射后回到分束器，由傅立叶透镜会聚到探测器，形成第二束光的光程。两束光到达探测器时产生光程差，在探测器上产生干涉光谱图。干涉光谱图经计算机处理系统傅立叶变换，得到复原的目标图像。本发明解决了背景技术只能对单象素取样，或系统结构复杂、稳定性差等技术问题，其可大大缩小仪器的整体结构，且加工简单。

摘要： 本发明提供一种短波红外成像光谱仪分光系统及短波红外成像光谱仪，解决现有技术中各类Offner分光系统所存在的成像质量差、加工及装调难度高的问题。该分光系统采用物像双侧远心光路结构，包括狭缝、短波红外探测器以及依次共轴设置且凹面均面向物侧的凸面反射光栅、负弯月透镜以及凹面反射镜；从狭缝入射的光线经凹面反射镜反射、负弯月透镜透射后，通过凸面反射光栅色散，再经负弯月透镜透射、凹面反射镜反射，被短波红外探测器接收并成像。

摘要： 本实用新型涉及一种成像光谱仪(10)，包括：‑输入狭缝(11)，用于接收一定波长范围内的辐射，‑在两个方向上解析的图像检测器‑与所述输入狭缝(11)相对放置的具有焦点F的球面镜(12)，‑光谱色散光学组件(17)，用于根据波长分散所述辐射并将其聚焦在所述图像检测器的检测平面上，‑提取镜(16)，用于将来自所述球面镜(12)的辐射引导到所述光谱色散光学组件(17)上，所述输入狭缝(11)和所述球面镜(12)设置为所述辐射入射在所述球面镜(12)上的入射角在[0，8°]之间，甚至更好的是[0，2°]之间，甚至更优选在1°左右。