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小型Offner光谱成像系统的设计 被引量：53
1
作者 郑玉权 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期650-657,共8页
研究了在发散光束中使用色散元件的小型Offner光谱成像系统,分析了Offner凸光栅光谱成像系统和Offner曲面棱镜光谱成像系统的优缺点,与传统准直光束中使用光栅或棱镜的方法相比,Offner光谱成像系统具有体积小、质量轻、无谱线弯曲、色... 研究了在发散光束中使用色散元件的小型Offner光谱成像系统,分析了Offner凸光栅光谱成像系统和Offner曲面棱镜光谱成像系统的优缺点,与传统准直光束中使用光栅或棱镜的方法相比,Offner光谱成像系统具有体积小、质量轻、无谱线弯曲、色畸变小的特点。给出了两种系统的设计结果,并研究了滤除二级和高级次光谱的方法,给出了与Offner光谱成像系统匹配的不同形式的像方远心前置光学系统,可满足微小卫星超光谱成像仪的要求。 展开更多
关键词 光谱成像系统 超光谱 二级光谱 凸光栅 曲面棱镜
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高光谱成像与混合波长选择的宽度学习系统预测猪肉TVB-N含量和pH值
2
作者 罗毅智 唐书奇 +4 位作者 金青婷 丘广俊 齐海军 孟繁明 李鹏 《食品科学》 北大核心 2025年第16期345-352,共8页
为了实现猪肉新鲜度的快速、无损、准确检测,本研究提出一种基于高光谱成像与宽度学习系统(broad learning system,BLS)的猪肉新鲜度无损检测方法。通过将高光谱技术与BLS模型结合,预测猪肉样品总挥发性盐基氮(total volatile basic nit... 为了实现猪肉新鲜度的快速、无损、准确检测,本研究提出一种基于高光谱成像与宽度学习系统(broad learning system,BLS)的猪肉新鲜度无损检测方法。通过将高光谱技术与BLS模型结合,预测猪肉样品总挥发性盐基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)含量和pH值。通过4种不同的预处理方法(Savitzky-Golay(SG)平滑、归一化、基线校正、标准正态变换)优化光谱数据,采用竞争自适应重加权采样(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)、连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)和区间变量迭代空间收缩法(interval variable iterative space shrinking approach,iVISSA)进行特征提取。结果表明,SG预处理效果最优,结合iVISSA与SPA的特征提取方法能够有效剔除冗余特征并减少不相关信息的干扰,在BLS回归模型中实现了最佳的预测性能。具体来说,在TVB-N含量的预测中,iVISSA-SPA-BLS模型达到了预测相关系数RP为0.9422、预测均方根误差(root mean square error of prediction,RMSEP)为3.0072、残差预测差(residual prediction deviation,RPD)为2.8038的优异性能,pH值的预测达到了RP为0.8173、RMSEP为0.3679、RPD为1.7164。该方法能够高效、无损地预测猪肉新鲜度,可为食品安全领域提供一条新的无损检测技术路线。 展开更多
关键词 猪肉新鲜度 高光谱成像技术 宽度学习系统 特征提取
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显微-傅里叶变换红外光谱仪和激光红外成像系统鉴定典型鱼种消化道内微塑料的比较
3
作者 刘子祺 王俊杰 +4 位作者 柯怡 于璐 邬艳妮 孟龄 罗维 《中国无机分析化学》 北大核心 2025年第7期950-957,共8页
微塑料(Microplastics,MPs)是粒径小于5 mm的塑料碎片。生物体内微塑料的鉴定是生态风险评估的前提和基础,然而,当前关于常规和最新先进仪器系统鉴定水生动物体内微塑料的比较研究并不多见。通过比较常规的显微-傅里叶变换红外光谱仪(Mi... 微塑料(Microplastics,MPs)是粒径小于5 mm的塑料碎片。生物体内微塑料的鉴定是生态风险评估的前提和基础,然而,当前关于常规和最新先进仪器系统鉴定水生动物体内微塑料的比较研究并不多见。通过比较常规的显微-傅里叶变换红外光谱仪(Micro-Fourier Transform Infrared Spectroscopy,μ-FTIR)和最新先进的激光红外成像系统(Laser Direct Infrared Imaging System,LDIR)鉴定我国海岸带常见罗非鱼的消化道微塑料丰度及特性的差异,以期为改进微塑料的鉴定方法提供科学参考和数据支撑。研究结果表明,两种方法鉴定鱼消化道微塑料丰度(数量)相差1个数量级,LDIR鉴别的微塑料丰度为346个/条,μ-FTIR鉴定结果为66个/条。两种方法鉴定的微塑料主要化学组分皆以Polyethylene Terephthalate(PET)为主,其占比相差不大、其中LDIR鉴定的PET占比是42%~51%,而μ-FTIR鉴定的PET占比是64%。两种仪器鉴定的主要微塑料大小及占比不同,LDIR鉴定的微塑料以50~100μm的小粒径为主,其占比为76%~87%,而μ-FTIR鉴定的微塑料以≥100μm的大粒径为主,其占比为80%~94%。与常规μ-FTIR相比,LDIR不仅准确地鉴别了更多微塑料的化学组分,也获得了微塑料的大小和形状等关键信息,其结果更具有代表性和准确性,推荐LDIR作为生物体内微塑料鉴别的新方法。 展开更多
关键词 塑料废物 水生动物 微塑料的丰度和特性 显微-傅里叶变换红外光谱仪 激光红外成像系统 微塑料的分析和测定
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基于高光谱成像技术和近红外光谱技术的金冠苹果货架期判别及其品质分析 被引量：2
4
作者 赵昕 郑树亮 +3 位作者 牛晓颖 曹建康 陈晗 赵志磊 《食品工业科技》 北大核心 2025年第11期302-312,共11页
为实现金冠苹果的货架期及可溶性固形物含量(SSC)和酸度(pH)的无损分析,利用高光谱成像系统(400~1000 nm)和近红外(800~2500 nm)光谱仪分别采集了金冠苹果的六个不同货架期(采后0、7、14、21、28和35 d)的光谱信息,采用了卷积平滑(Savit... 为实现金冠苹果的货架期及可溶性固形物含量(SSC)和酸度(pH)的无损分析,利用高光谱成像系统(400~1000 nm)和近红外(800~2500 nm)光谱仪分别采集了金冠苹果的六个不同货架期(采后0、7、14、21、28和35 d)的光谱信息,采用了卷积平滑(Savitzky-Golay,SGS)、一阶导数平滑(Savitzky-Golay First Derivative,1D)、标准正态变换(Standard Normal Variate,SNV)和归一化(Area Normalize,Normalize)四种预处理方法,利用竞争性自适应重加权采样算法(Competitive Adaptive Reweighted Sampling Aglorithm,CARS)和无信息变量消除法(Uninformative Variable Elimination,UVE)提取特征波长,并建立了反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network,BP)和最小二乘支持向量机(Least Squares-Support Vector Machine,LSSVM)货架期分类模型。在对SSC和pH的预测中,采用灰度共生矩阵(Gray Level Cooccurrence Matrix,GLCM)提取金冠苹果高光谱图像中的8种纹理特征,采用CARS对预处理后的高光谱图像的光谱数据、高光谱图像的光谱与纹理融合数据以及近红外光谱数据提取特征变量,建立偏最小二乘(Partial Least Squares Regression,PLSR)和最小二乘支持向量机两种模型。结果表明,近红外光谱和高光谱成像技术均可实现对金冠苹果货架期的判别,判别最优模型为基于高光谱图像的1D+UVE+BP模型,判别准确率为100%;对金冠苹果SSC的定量预测中,基于近红外光谱的1D+CARS+PLSR模型预测效果最好,预测集相关系数(R_(p))和均方根误差(Root Mean Square Error of Prediction Set,RMSEP)值分别为0.9323和0.4036;对金冠苹果的pH定量预测中,基于近红外光谱的SNV+CARS+LS-SVM模型预测效果最好,R_(p)和RMSEP值分别为0.8749和0.0417,研究结果为金冠苹果的无损检测提供了技术支持和依据。 展开更多
关键词 近红外光谱技术 高光谱成像系统 苹果 货架期 定性判别 定量预测
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插入Féry棱镜的小型Offner超光谱成像系统的设计 被引量：14
5
作者 程欣 洪永丰 +1 位作者 张葆 薛庆生 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1773-1780,共8页
为了减小超光谱成像系统的质量和体积,校正光谱成像的谱线弯曲,提出了一种新型带有Féry曲面棱镜的Offner超光谱成像系统。在该系统中,一对Féry曲面棱镜位于Offner中继系统的两臂,光束两次通过Féry棱镜进行分光,因此当获... 为了减小超光谱成像系统的质量和体积,校正光谱成像的谱线弯曲,提出了一种新型带有Féry曲面棱镜的Offner超光谱成像系统。在该系统中,一对Féry曲面棱镜位于Offner中继系统的两臂,光束两次通过Féry棱镜进行分光,因此当获得指定大小的色散值时该结构具有比传统结构更小的质量和体积。为了减小可见近红外(VNIR)光谱通道的非线性色散,在该结构中还引入一对消色差火石Féry棱镜。设计了应用于VNIR和短波红外(SWIR)两个光谱通道的超光谱成像系统,并给出了设计结果。结果表明,该光谱成像系统在两个光谱通道内的谱线弯曲均小于0.1个像元,色畸变均<0.045个像元,而非线性度小于0.1,可满足机载或星载超光谱成像仪的要求。 展开更多
关键词 成像光谱仪 Féry棱镜 offner结构 光学设计
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基于Offner中继结构的机载棱镜色散成像光谱仪系统设计 被引量：3
6
作者 方煜 相里斌 +2 位作者 袁艳 吕群波 周锦松 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期838-843,共6页
考虑到机载遥感平台对成像光谱仪小型化、轻量化要求的逐渐提高,在分析了主要几种成像光谱仪特点的基础上,重点阐述了技术成熟度较高的光栅色散和棱镜色散型成像光谱仪,研究了基于Offner中继成像结构的紧凑型成像光谱系统。结合Offner... 考虑到机载遥感平台对成像光谱仪小型化、轻量化要求的逐渐提高,在分析了主要几种成像光谱仪特点的基础上,重点阐述了技术成熟度较高的光栅色散和棱镜色散型成像光谱仪,研究了基于Offner中继成像结构的紧凑型成像光谱系统。结合Offner同心光学系统成像特点,在给定系统指标的情况下,设计出了两种在发散和会聚光束中使用色散元件的全球面光谱系统,给出了系统的调制传递函数、点列图以及系统谱线弯曲、色畸变曲线。结果表明,两种结构的Offner成像光谱仪,实现了遥感仪器小型化的目的,具有接近衍射极限的优良成像性质。同时,很好地控制了系统的谱线弯曲和色畸变,保证了获取光谱数据的一致性。 展开更多
关键词 高光谱成像 offner中继结构 成像光谱仪 棱镜光谱仪 光学设计 曲面棱镜
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痕量气体掩星探测高光谱成像光谱仪光学系统设计 被引量：1
7
作者 孔相金 李博 +3 位作者 李寒霜 王晓旭 顾国超 蒋雪 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期661-673,共13页
痕量气体作为大气的重要成份,对地球的生态起着重要作用。为了实现宽波段、高光谱全天时连续测量,本文设计了一款在掩星探测模式下工作的高光谱成像光谱仪。该系统为共狭缝的双通道结构,紫外-可见光通道采用单凹面光栅结构、红外通道采... 痕量气体作为大气的重要成份,对地球的生态起着重要作用。为了实现宽波段、高光谱全天时连续测量,本文设计了一款在掩星探测模式下工作的高光谱成像光谱仪。该系统为共狭缝的双通道结构,紫外-可见光通道采用单凹面光栅结构、红外通道采用利特罗与浸没光栅结合结构,有效地减小了体积。利用软件对光学结构进行优化,优化结果表明:光谱仪在250~952 nm波段范围内工作,其中紫外-可见光通道工作波段为250~675 nm、光谱分辨率优于1 nm、MTF在奈奎斯特频率为20 lp/mm处均高于0.58、全视场各波长处RMS值均小于21μm;红外通道工作波段为756~952 nm、光谱分辨率优于0.2 nm、MTF在奈奎斯特频率为20 lp/mm处均高于0.76、全视场各波长处RMS值均小于6μm,均满足设计要求。结果表明该高光谱成像光谱仪系统可以实现对痕量气体的掩星探测。 展开更多
关键词 光学系统设计 掩星探测 痕量气体 高光谱成像光谱仪
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基于角度调谐窄带滤光片的光谱图像采集系统
8
作者 蒋胜广 蔡渊 +4 位作者 李天松 孙逢圆 郭万鹏 刘仁森 钟沃楼 《应用光学》 北大核心 2025年第3期596-603,共8页
分光元件是光谱成像系统的重要光学元件,滤光片分光是一种常见且有效的分光手段。提出了基于角度调谐窄带滤光片分光的光谱成像系统,通过调整滤光片与入射光之间的夹角,使得透射光谱的中心波长发生偏移,从而实现特定波长范围内的光谱成... 分光元件是光谱成像系统的重要光学元件,滤光片分光是一种常见且有效的分光手段。提出了基于角度调谐窄带滤光片分光的光谱成像系统,通过调整滤光片与入射光之间的夹角,使得透射光谱的中心波长发生偏移,从而实现特定波长范围内的光谱成像。该系统主要由可调滤光片的光学镜头、角度调谐装置、CMOS相机和上位机构成,系统的视场角为17.5°、F#为8、焦距为26 mm、总长为200 mm,各波段MTF曲线在96 lp/mm处均大于0.3,畸变控制在2%以内,光谱分辨率约为3 nm。经过实验测试验证,本系统可以在0°~46°入射角范围内进行角度调谐,实现连续分光功能,能够捕捉在一定光谱范围内任意中心波长对应的光谱图像。 展开更多
关键词 窄带滤光片 角度调谐 光学系统 光谱成像
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基于单一光栅分光的光学结构对称型成像光谱仪
9
作者 刘佳梅 蔡长龙 +4 位作者 樊家琦 姚昊杰 李世杰 张进 梁海锋 《应用光学》 北大核心 2025年第1期71-79,共9页
针对成像光谱仪结构复杂、谱线弯曲难以校正的问题,设计并研制了一款基于单一透射光栅分光的高分辨率成像光谱仪。建立了单一透射光栅分光模型,计算确定了分光系统的设计参数,其中,分光系统中准直部分和聚焦成像部分采用完全相同的光学... 针对成像光谱仪结构复杂、谱线弯曲难以校正的问题,设计并研制了一款基于单一透射光栅分光的高分辨率成像光谱仪。建立了单一透射光栅分光模型,计算确定了分光系统的设计参数,其中,分光系统中准直部分和聚焦成像部分采用完全相同的光学结构,有利于像差校正,也能降低系统成本。设计过程中,以光谱分辨率为主要目标,从聚焦系统到整体分光系统进行逐步优化,最终设计了一套狭缝宽度为11.42μm,工作波段为450 nm~650 nm,光谱分辨率为2 nm,F数为2.5,谱线弯曲最大值为19μm,色畸变最大值为0.35μm的分光系统。根据设计结果完成了该成像光谱仪的制造和装配,并进一步对其进行推扫实验测试验证。实验结果表明:该系统的光谱分辨率不低于2 nm,达到了设计要求,证明该光谱仪成像效果良好。 展开更多
关键词 成像光谱仪 透射光栅 光学结构对称 分光系统
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适用于无人机搭载的轻小型成像光谱仪光学系统设计 被引量：1
10
作者 李亮亮 李新 +1 位作者 张允祥 张权 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期713-728,共16页
设计了一种适用于无人机搭载的轻小型成像光谱仪(Light and compact imaging spectrometer,LCIS)光学系统。该光学系统的工作波段覆盖400~1000 nm,F数为3.3,视场大小为11°,光谱分辨率优于3 nm。采用Zemax对该光学系统进行仿真和优... 设计了一种适用于无人机搭载的轻小型成像光谱仪(Light and compact imaging spectrometer,LCIS)光学系统。该光学系统的工作波段覆盖400~1000 nm,F数为3.3,视场大小为11°,光谱分辨率优于3 nm。采用Zemax对该光学系统进行仿真和优化,优化结果表明,点列图均方根(RMS)半径最大值为4.221μm,小于单个像元尺寸的一半,谱线弯曲最大值为1.30μm,色畸变最大值为1.16μm,分别占像元尺寸的8.69%和7.73%,在33 lp/mm处的调制传递函数(MTF)值优于0.7,各项指标评价结果均表明该光学系统具有较好的成像质量。此外,该光学系统体积为190 mm×160 mm×90 mm,表明该系统不仅光谱分辨率高、成像质量好,还具有体积小、结构紧凑的优点。本研究为轻小型成像光谱仪的研制提供了核心技术支持,为基于无人机搭载成像光谱仪开展遥感器在轨辐射定标工作奠定了基础。 展开更多
关键词 光学设计 成像光谱仪 凸面光栅 光学系统
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CCD图像快速Smear消除算法及其在星载成像设备地面检测系统上的应用
11
作者 冯熠斌 王煜 +4 位作者 刘国华 林方 张泉 胡成睿 张晓莉 《光学精密工程》 北大核心 2025年第9期1471-1480,共10页
星载高光谱成像仪是大气观测卫星的重要载荷,采用帧转移CCD获取地球大气成分分布信息。帧转移CCD具有Smear效应,影响光谱测量精度。针对传统Smear消除算法基于矩阵描述二维图像过于复杂,难以满足载荷研制部门地面检测系统实时消除图像中... 星载高光谱成像仪是大气观测卫星的重要载荷,采用帧转移CCD获取地球大气成分分布信息。帧转移CCD具有Smear效应,影响光谱测量精度。针对传统Smear消除算法基于矩阵描述二维图像过于复杂,难以满足载荷研制部门地面检测系统实时消除图像中Smear效应的现状,根据帧转移CCD工作原理使用代数形式描述Smear的形成模式,推导出代数形式的Smear消除算法。该算法避免了传统矩阵形式Smear消除算法的矩阵运算,耗时为矩阵算法的1/500,适用于实时性要求较高,主要针对静态图像消除的地面检测平台。分析了帧转移CCD中的Smear成因,基于成因推导了代数形式的Smear消除算法,该算法相对于Eigen库函数实现的矩阵消除算法,将耗时由8 s提升为16 ms。将该算法应用到星载高光谱成像仪的地面检测系统中,实现了实时消除Smear的图像处理功能。 展开更多
关键词 星载高光谱成像仪 帧转移CCD Smear效应 地面检测系统
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小型Offner凸光栅光谱成像系统的结构设计及分析 被引量：7
12
作者 刘伟 《中国光学与应用光学》 2010年第2期157-163,共7页
根据小型Offner凸光栅光谱成像仪光学系统的特点,对其反射镜支撑结构和桁架结构进行了研究,完成了小型Offner光谱成像系统的结构设计,建立了系统的3D实体模型。为了验证结构设计的合理性,对设计的3D模型进行有限元分析。在模态分析中得... 根据小型Offner凸光栅光谱成像仪光学系统的特点,对其反射镜支撑结构和桁架结构进行了研究,完成了小型Offner光谱成像系统的结构设计,建立了系统的3D实体模型。为了验证结构设计的合理性,对设计的3D模型进行有限元分析。在模态分析中得到该结构的第一阶固有频率为362 Hz,高于系统设计要求的120 Hz;在加速度及温度载荷分析中,得到主要光学元件的面形值以及它们之间的相对位置变化,其离轴及偏角均在允许公差范围内,说明结构刚度满足使用要求,证明了结构设计的合理性。 展开更多
关键词 offner凸光栅 光谱成像系统 结构设计 有限元分析
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推扫式双相机高光谱成像系统设计与试验
13
作者 史卓林 杨增玲 +4 位作者 任朝霞 于涞源 王凌龙 黄圆萍 韩鲁佳 《农业机械学报》 CSCD 北大核心 2024年第S1期288-294,305,共8页
高光谱成像(HSI)是一种应用日益广泛的无损检测技术,HSI数据同时包含样品的空间与光谱信息,可用于表征物质性质的空间分布特征或快速获取内部异质性较强样品的性质特征。但受传感器以及光学器件材料性能和成本制约,单个高光谱相机仅能... 高光谱成像(HSI)是一种应用日益广泛的无损检测技术,HSI数据同时包含样品的空间与光谱信息,可用于表征物质性质的空间分布特征或快速获取内部异质性较强样品的性质特征。但受传感器以及光学器件材料性能和成本制约,单个高光谱相机仅能覆盖有限的光谱波段范围,但物质性质信息往往蕴含在不同波段的光谱中,导致使用单个相机监测物质性质的种类和精度受限。因此本文设计并搭建了一套推扫式双相机HSI系统,该系统在波段400~1000 nm和1000~2500 nm的实际最小分辨率为140.31μm和222.72μm,光谱分辨率分别为2.8 nm和12 nm,共计有464个工作波段。使用C#和XAML语言编写了用户友好型数据采集软件MySpec HSI,可实现双相机HSI数据的便捷采集。为评估所搭建的推扫式双相机HSI系统性能,利用该系统对一组玉米样品冠层进行成像,建立了玉米冠层叶片生物量、叶绿素含量和全氮含量的偏最小二乘回归监测模型。基于可见近红外单相机的生物量、叶绿素含量和全氮含量监测模型的R2C分别为0.567、0.773和0.653,RMSEP分别为0.52 g、2.5和0.301%;基于短波红外单相机的生物量、叶绿素含量和全氮含量监测模型的R2C分别为0.566、0.719和0.652,RMSEP分别为0.53 g、2.8和0.309%,除叶绿素含量监测的可见近红外波段表现出略微优势外,其他情况二者的监测精度相当,表明基于任一单相机HSI均可实现玉米冠层叶片生物量、叶绿素含量和全氮含量监测。而基于双相机的生物量、叶绿素含量和全氮含量监测模型的R2C分别高达0.670、0.822和0.683,与单相机模型相比提升幅度最高分别为18%、14%和5%,RMSEP分别低至0.46 g、2.0和0.258%,与单相机模型相比降低幅度最高分别为13%、27%和17%,表明融合双相机HSI数据能有效提高玉米冠层叶片性质的监测精度。 展开更多
关键词 玉米冠层 高光谱 推扫成像 双相机系统
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星载高光谱成像仪光学系统的选择与设计 被引量：56
14
作者 郑玉权 王慧 王一凡 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期2629-2637,共9页
对几台国内外典型的星载高光谱成像仪所采用的光学系统结构进行了分析,阐述了棱镜色散、光栅色散、傅里叶变换3种主流高光谱成像仪分光方式的结构原理和优缺点。根据宽波段、小型化的研究目标,设计了一个全反射式高光谱成像仪光学系统... 对几台国内外典型的星载高光谱成像仪所采用的光学系统结构进行了分析,阐述了棱镜色散、光栅色散、傅里叶变换3种主流高光谱成像仪分光方式的结构原理和优缺点。根据宽波段、小型化的研究目标,设计了一个全反射式高光谱成像仪光学系统。该系统由离轴非球面三反射镜望远成像系统和两个Offner凸光栅光谱成像系统组成,通过改变两个光谱成像系统的变倍比来实现两种探测器的匹配。给出的该系统的详细设计结果显示,光学系统128个谱段的调制传递函数均达到0.6以上,畸变<0.44%,谱线弯曲<0.03%。实验结果表明,选定的全反射式光学系统满足小型化星载高光谱成像仪的技术要求,有效降低了仪器的体积和质量,通过加大光学系统的相对孔径弥补了光栅衍射效率低的缺点。 展开更多
关键词 高光谱成像仪 凸光栅 TMA光学系统 offner光谱成像系统
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offner型连续变焦中波红外光谱成像系统设计 被引量：9
15
作者 刘智颖 高柳絮 黄蕴涵 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第7期162-170,共9页
为了适应不同视场光谱仪的应用需求,设计了一款offner型连续变焦中波红外光谱成像系统。该系统引入前置变焦系统实现60~300 mm范围连续变焦,同时采用光栅型offner同心结构进行光谱分光及成像,系统工作波段为3~5μm,选用制冷型红外探测器... 为了适应不同视场光谱仪的应用需求,设计了一款offner型连续变焦中波红外光谱成像系统。该系统引入前置变焦系统实现60~300 mm范围连续变焦,同时采用光栅型offner同心结构进行光谱分光及成像,系统工作波段为3~5μm,选用制冷型红外探测器,系统F#=4.0。根据物像交换原则及光焦度分配原则对前置变焦系统和中继系统的初始结构进行了计算,并应用zemax软件对各子系统进行优化,使其满足设计参数要求。最终offner型连续变焦中波红外光谱成像系统的调制传递函数在空间频率33 lp/mm处接近衍射极限,点列斑均方根半径均小于一个像元大小,设计的结果显示系统结构简单,在各个焦距位置及各谱段下,像质均满足了设计指标要求,成像质量良好。 展开更多
关键词 光谱成像 连续变焦 中波红外系统 冷光阑匹配
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高成像质量Offner成像光谱仪的理论分析与研制 被引量：7
16
作者 韩姗 黄元申 +3 位作者 李柏承 张大伟 倪争技 庄松林 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期5-9,共5页
以双镜系统为基础构建了Offner成像光谱仪,并利用光程函数来获得一种Offner成像光谱仪的初始结构.通过光学设计软件Code V对该初始结构进行了仿真与优化,优化后的光谱仪具有高成像质量,其均方根点列图直径明显降低,调制传递函数曲线在... 以双镜系统为基础构建了Offner成像光谱仪,并利用光程函数来获得一种Offner成像光谱仪的初始结构.通过光学设计软件Code V对该初始结构进行了仿真与优化,优化后的光谱仪具有高成像质量,其均方根点列图直径明显降低,调制传递函数曲线在子午像与弧矢像上都获得了好的成像效果.该研究免去了过于复杂的像差推导过程,并在宽光谱400~1 300nm条件下获得了具有高成像质量的Offner光谱仪结构,为光谱仪的搭建提供了理论基础. 展开更多
关键词 光学设计 光学系统 光程函数 offner成像光谱仪 光谱分析
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紫外小F数高变倍高光谱成像仪设计
17
作者 刘洋 李博 +3 位作者 林冠宇 王晓旭 李寒霜 顾国超 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期79-88,共10页
常规成像光谱仪一般变倍比较低,不利于大视场长狭缝多通道光学系统的扩展应用,此外,空间遥感中紫外波段的辐射能量较低,需要成像光谱仪具有更小的F数。针对高光谱分辨率成像光谱仪小F数的探测需求,本文设计了一种具有高变倍的高光谱分辨... 常规成像光谱仪一般变倍比较低,不利于大视场长狭缝多通道光学系统的扩展应用,此外,空间遥感中紫外波段的辐射能量较低,需要成像光谱仪具有更小的F数。针对高光谱分辨率成像光谱仪小F数的探测需求,本文设计了一种具有高变倍的高光谱分辨率Offner紫外成像光谱仪。该成像光谱仪的后置分光系统采用了具有轻小型特点的改进型Offner结构。结合成像光谱仪对变倍比和小F数的需求,通过理论推导得到Offner初始结构参数。在像面前插入一块弯月透镜,增加系统的优化自由度,进而提升系统的成像质量。最终得到的成像光谱仪工作在270~300 nm波段时,具有40 mm的长狭缝,光谱分辨率优于0.6 nm,系统变倍比小于0.22,F数小于2,在截止频率为14 lp/mm时,系统调制传递函数(MTF)均优于0.9,系统各波段各视场均方根半径(RMS)均小于12μm。本文的研究对紫外波段高光谱探测成像光谱仪实现小F数、高变倍设计提供了一种设计方案。 展开更多
关键词 光学设计 成像光谱仪 offner系统
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一种凸面光栅Offner结构成像光谱仪的设计方法 被引量：6
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作者 黄元申 陈南曙 +2 位作者 张大伟 倪争技 庄松林 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期1236-1239,共4页
介绍了一种新型凸面光栅结构成像光谱仪的设计方法。指出在这种系统中存在一个消除了3次和5次像差的环视场。采用低空间频率的凸面光栅(177线/毫米),它仍是一个具有高光谱分辨率(2.1nm)的系统。提出了一种新的设计方法,运用一个简单的... 介绍了一种新型凸面光栅结构成像光谱仪的设计方法。指出在这种系统中存在一个消除了3次和5次像差的环视场。采用低空间频率的凸面光栅(177线/毫米),它仍是一个具有高光谱分辨率(2.1nm)的系统。提出了一种新的设计方法,运用一个简单的方程可以设计出系统中具有最小畸变的环视场;一个非光学专业的设计者可以达到理想的设计目的。这种成像光谱仪结构非常简单,很容易实现小型化和轻型化。实验的结果与理论分析相一致。 展开更多
关键词 成像光谱仪 凸面光栅 offner结构 同心光学系统 波像差
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基于Offner结构分视场成像光谱仪光学设计 被引量：6
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作者 吴从均 颜昌翔 +1 位作者 刘伟 代虎 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期2272-2276,共5页
为满足航天应用中仪器小型和轻量化、大视场的观测要求,通过分析现有Offner成像光谱仪,给出了一种简单的采用凸面光栅设计成像光谱仪的方法。并据此方法设计了一应用于400km高度,波段范围为0.4～1μm,焦距为720mm,F数为5,全视场大小为4.... 为满足航天应用中仪器小型和轻量化、大视场的观测要求,通过分析现有Offner成像光谱仪,给出了一种简单的采用凸面光栅设计成像光谱仪的方法。并据此方法设计了一应用于400km高度,波段范围为0.4～1μm,焦距为720mm,F数为5,全视场大小为4.3°的分视场成像光谱仪系统。分视场采用光纤将望远系统的细长像面连接到光谱仪的三个不同狭缝而实现。三狭缝光谱面共用一个像元数为1 024×1 024,像元大小18μm×18μm的CCD探测器。通过ZEMAX软件优化和公差分析后,系统在28lp.mm-1处MTF优于0.62,光谱分辨率优于5nm,地面分辨率小于10m,能很好的满足大视场应用要求,该光学系统刈幅宽度相当于国内已研制成功的同类最好仪器的三倍。 展开更多
关键词 offner 成像光谱仪 分视场 光学设计
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长波红外高光谱成像系统的设计与实现 被引量：13
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作者 袁立银 林颖 +4 位作者 何志平 徐卫明 张滢清 舒嵘 王建宇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2011年第2期181-185,共5页
针对长波红外高光谱系统背景辐射强以及信噪比低的特点．设计了能有效抑制背景辐射的长波红外精细分光光谱成像系统。利用杂散辐射分析软件，对系统进行了背景辐射分析，包括全波段各辐射面源对背景辐射的贡献分量、各光学通道的背景辐... 针对长波红外高光谱系统背景辐射强以及信噪比低的特点．设计了能有效抑制背景辐射的长波红外精细分光光谱成像系统。利用杂散辐射分析软件，对系统进行了背景辐射分析，包括全波段各辐射面源对背景辐射的贡献分量、各光学通道的背景辐射、机械内壁吸收率对背景辐射的影响、以及光机内壁温度对背景辐射的影响。主要通过制冷光机系，统的温度、抛光亮化处理光谱仪的内部表面，降低系统的背景辐射。搭建了一套地面实验装置，该系统光谱范围为7．7～9．3p,m，光谱分辨率为54nm，空间分辨为0．75mrad，推扫式成像。整机的测试结果表明，系统的光谱分辨率（SRF）达到了预先设计的要求值，低温150K时，系统的噪声等效温差NETD接近300mK。 展开更多
关键词 光谱成像系统 长波红外 高光谱 背景辐射
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