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中国海洋水色卫星的海上漂浮浒苔遥感特性分析
1
作者 叶小敏 林志佳 +2 位作者 腾和丽 郭茂华 王晓梅 《航天返回与遥感》 北大核心 2025年第2期13-26,共14页
近年来,浒苔绿潮已成为黄海海域的一种海洋生态灾害。卫星遥感作为一种技术手段,为该海洋生态灾害的防控提供了有效的基础监测信息。中国海洋水色卫星(HY-1C、HY-1D和新一代海洋水色观测卫星)可为海上大型漂浮浒苔监测提供多种分辨率的... 近年来,浒苔绿潮已成为黄海海域的一种海洋生态灾害。卫星遥感作为一种技术手段,为该海洋生态灾害的防控提供了有效的基础监测信息。中国海洋水色卫星(HY-1C、HY-1D和新一代海洋水色观测卫星)可为海上大型漂浮浒苔监测提供多种分辨率的同步观测数据源。文章使用准真彩色合成影像分析法和归一化差分植被指数(NDVI)分别从图像、光谱、时空覆盖和信息提取结果差异等方面对海上漂浮浒苔多分辨率遥感数据的监测特性进行分析。分析结果表明:空间分辨率是影响海上漂浮藻体遥感监测结果的主要因素,空间分辨率优于500 m的中国海洋水色卫星遥感影像可较好地用于暴发期的海上漂浮浒苔监测;当前中国海洋水色卫星可实现黄海浒苔的每天一次中等分辨率覆盖监测;NDVI随海面浒苔覆盖率增大而增大;不同分辨率遥感影像直接观测到的浒苔分布具有较大差异,分辨率和监测得到的分布面积呈现负相关的关系。该研究为中国海洋水色卫星数据的生态监测应用及后续卫星指标论证提供了重要参考依据。 展开更多
关键词 中国海洋水色卫星 浒苔 海岸带成像仪 水色水温扫描仪 中分辨率可编程成像光谱仪 遥感监测
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星载临边成像光谱仪响应谱线仿真方法研究
2
作者 赵敏杰 司福祺 +4 位作者 周海金 江宇 汪世美 詹锴 闫格 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第9期2437-2444,共8页
星载高光谱大气温度和成分廓线临边探测仪(临边成像探测仪)运行在太阳同步轨道,采用临边扫描方式探测氧气A带气辉。由于氧气的较强吸收,在地面很难观测到气辉谱线以验证临边成像探测仪的探测能力,因此需要对其响应谱线进行仿真研究。首... 星载高光谱大气温度和成分廓线临边探测仪(临边成像探测仪)运行在太阳同步轨道,采用临边扫描方式探测氧气A带气辉。由于氧气的较强吸收,在地面很难观测到气辉谱线以验证临边成像探测仪的探测能力,因此需要对其响应谱线进行仿真研究。首先获取临边成像探测仪的工作参数如轨道高度520 km、扫描高度10~100 km、扫描间隔2 km;其次基于实验室定标获取光谱、辐射响应参数,对特征峰和像元配对后进行多项式拟合得到光谱探测范围为498.1~802.3 nm,对特征峰进行拟合得到光谱分辨率1.38 nm。辐射定标得到扫描镜不同指向角度的相对偏差为±0.5%,对不同等级辐亮度和响应值Digital Number(DN)进行最小二乘法拟合得到所有积分时间(最短25 ms、最长3200 ms)的辐射定标系数,辐射定标不确定度为3.6%;然后计算气辉谱线,对大气进行分层得到气辉传输的视线段长度,结合Mass Spectrometer and Incoherent Scatter(MSIS)模型和HIgh-resolution TRansmission molecular AbsorptioN(HITRAN)数据库配置每层大气参数,得到气辉在80 km以上的透过率达到0.9,在60 km受到较强的氧气吸收,透过率低于0.05,对于每层大气中的气辉辐射强度,采用剥洋葱算法对SCanning Imaging Absorption spectrometer for Atmospheric CHartographY(SCIAMACHY)在轨观测的气辉谱线进行反演获取气辉体辐射率,基于视线段长度、大气透过率得到高分辨率气辉谱线的辐射强度。最后将高分辨率谱线和光谱响应函数进行卷积得到临边成像光谱仪分辨率下的气辉谱线形状,结合定标的辐射响应系数得到气辉谱线响应DN值。仿真结果表明,临边成像探测仪能够有效探测出气辉谱线,谱线形状可以表征其对温度的依赖性,在3.2 s最长曝光时间能够获取较好的信噪比。气辉谱线仿真贯通了气辉辐射源强度计算、大气层传输特性、光谱仪响应DN值输出,此方法不但能够评价成像光谱仪的气辉探测能力,也能够应用于在轨遥感数据的反演,为发展中高层大气的探测提供科学支撑。 展开更多
关键词 临近空间 大气氧气辉 临边探测 星载成像光谱仪 谱线仿真
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多光谱目标检测算法及相关数据集综述
3
作者 张天泷 耿远超 +1 位作者 廖予祯 许党朋 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第5期1-18,共18页
相较于单一波段目标检测技术,多光谱目标检测技术通过捕获物体在多个不同波长的光谱波段下的反射或辐射信息,极大地提高目标检测的准确性和应对复杂环境的鲁棒性。在遥感、农业检测、环境保护、工业生产以及国防安全等领域有着广泛的应... 相较于单一波段目标检测技术,多光谱目标检测技术通过捕获物体在多个不同波长的光谱波段下的反射或辐射信息,极大地提高目标检测的准确性和应对复杂环境的鲁棒性。在遥感、农业检测、环境保护、工业生产以及国防安全等领域有着广泛的应用。然而,目前多光谱目标检测领域仍面临着严峻挑战:多样化的高质量数据集以及高效目标检测算法的缺乏,严重制约了该技术的进一步发展和应用。鉴于此,综合阐释了多光谱目标检测数据集的制作方法以及多光谱目标检测算法的重要进展。首先,系统分析了多光谱数据集的构建过程,包括数据采集,预处理和数据标注。其次,全面分析了目标检测算法发展的历史脉络,这些算法涵盖了基于传统特征提取技术的目标检测算法、深度学习方法以及其改进版本。此外,着重强调了算法开发者为提升多光谱目标检测性能在特征融合、模型架构和子网络方面所作的关键改进。最后,探讨了多光谱目标检测技术未来的发展方向,期望为研究人员指明潜在的研究热点和应用领域,促成多光谱目标检测技术在实际场景中更广泛的应用,提升其社会价值。 展开更多
关键词 多光谱成像技术 成像光谱仪 目标检测算法 多光谱目标检测算法 数据集 特征融合
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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
4
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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基于噪声等效辐射亮度的红外高光谱遥测系统辐射定标方法
5
作者 庞玲玲 杨智雄 +5 位作者 余春超 丁瑞霖 王博洋 鲍佳男 王理贤 薛杰 《红外技术》 北大核心 2025年第7期869-876,共8页
红外辐射定标是建立成像光谱的数字量化值与目标光谱辐射亮度值二者之间关系的方法,对所测光谱进行定标是定量分析中的重要环节。在实际应用中,由于仪器本身的稳定性和目标辐射特性对仪器的影响,定标结果的好坏没有很好的评估,本文提出... 红外辐射定标是建立成像光谱的数字量化值与目标光谱辐射亮度值二者之间关系的方法,对所测光谱进行定标是定量分析中的重要环节。在实际应用中,由于仪器本身的稳定性和目标辐射特性对仪器的影响,定标结果的好坏没有很好的评估,本文提出了基于噪声等效辐亮度(noise equivalent spectral radiance,NESR)来定量分析定标结果的准确性。采用两点线性辐射定标法对仪器进行标定,利用NESR信噪比计算方法得到仪器NESR的实测值,通过对比NESR标称参数,可以快速、定量化地判定辐射定标结果的准确性。利用自研的成像遥测系统采集到的数据进行验证,得出该方法可以快速、有效地评价辐射定标结果的准确性,从而提高标定后亮温光谱的质量,为后续红外光谱气体识别奠定基础。 展开更多
关键词 噪声等效辐射亮度 红外辐射定标 黑体辐亮度 红外高光谱成像仪 定量化判定
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EMI-NL星载光谱仪暗电流分析处理方法
6
作者 林方 刘文清 +3 位作者 王煜 常振 张泉 司福祺 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第3期789-797,共9页
EMI-NL星载成像光谱仪应用于监测大气痕量气体的全球分布,搭载电荷耦合器件探测器CCD275,该电荷耦合器件探测器为国内首次应用,由于整体体积和功耗相较一般探测器更大,采用辐射制冷配合加热器的温控方案。星载成像光谱仪工作在太阳同步... EMI-NL星载成像光谱仪应用于监测大气痕量气体的全球分布,搭载电荷耦合器件探测器CCD275,该电荷耦合器件探测器为国内首次应用,由于整体体积和功耗相较一般探测器更大,采用辐射制冷配合加热器的温控方案。星载成像光谱仪工作在太阳同步轨道,白天拍摄原始光谱图像,黑夜拍摄暗背景图像,原始光谱图像和暗背景图像需要在相同的温度和曝光时间条件下进行拍摄,数据处理过程中,用原始光谱图像减去暗背景图像,获得有效光谱图像,用于后续的气体反演。辐射制冷器在轨运行过程中,有制冷效率降低或完全失效的风险,这会导致CCD275的温度无法控制,采集相同温度的原始光谱图像和暗背景图像成为问题。为了解决温控失效后的特定温度暗背景采集问题,提出了一种通过计算暗背景代替采集暗背景的方式:通过采集两组温度已知并且曝光时间不同的暗背景图像,计算特定温度和曝光时间下的暗背景。讨论了EMI-NL光谱仪的工作原理、温控方案和暗背景采集方式,通过对探测器暗电流特性的研究,以及对探测器连续帧转移成像方式的分析,推导出了探测器不同位置像元的像元值与探测器成像温度和曝光时间的关系公式,并基于该公式提出了暗背景的计算方法。为验证该方法,搭建了包括真空系统、制冷系统和成像电路在内的实验平台,平台能够控制探测器工作在指定的温度和曝光时间,并获得该条件下的暗背景。测试结果表明,对单点来说,计算图像与实测图像的相关性达到99.96%,像元值偏差范围为0.06%~6.9%。对278 K温度下的图像来说,计算暗背景与实测暗背景均值相差0.23%,方差相差-3.20%,相关系数为99.94%,像元值偏差范围为-0.70%~2.37%,暗背景特征点匹配率达到97.9%。在温控失效的情况下,计算暗背景能够代替实测暗背景用于光谱图像的处理。 展开更多
关键词 星载成像光谱仪 电荷耦合器件 暗背景 辐射制冷
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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
7
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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大视场宽谱段地物观测高光谱成像仪光学系统研究(内封面文章·特邀)
8
作者 冯海生 温健 +5 位作者 吴骕 汪涛 郑姗姗 凌湛钧 薛辉 于磊 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第5期38-46,共9页
大视场宽谱段高光谱成像仪可以用在各种机载或星载平台上,从而为地物环境观测提供有效的新型观测方法。文中研究的高光谱成像仪的光学系统工作波段为350~1 000 nm,视场角达到30°,F数为2.5;设计方法上采用望远镜和成像光谱仪系统分... 大视场宽谱段高光谱成像仪可以用在各种机载或星载平台上,从而为地物环境观测提供有效的新型观测方法。文中研究的高光谱成像仪的光学系统工作波段为350~1 000 nm,视场角达到30°,F数为2.5;设计方法上采用望远镜和成像光谱仪系统分别单独设计,然后进行最终匹配。望远镜系统设计上,在紫外-可见-近红外的宽波段上选用了离轴两反式光学系统,结构紧凑,设计光学性能优越;成像光谱仪系统设计上选用了改进型的Dyson系统,可配合望远镜实现大数值孔径。最终设计系统的光谱分辨率达到2.07 nm,空间分辨率优于1 mrad,具备良好的光学性能。该研究为未来地物环境的高光谱观测提供了良好的工程应用基础。 展开更多
关键词 成像光谱仪 高光谱 宽谱段
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轻小型自准直PG成像光谱仪光学设计
9
作者 王诗琦 刘子睿 +1 位作者 李覃昊 张学敏 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第9期2614-2619,共6页
成像光谱仪能够同时获取目标空间维度和光谱维度的信息,已经在农业、工业生产、军事等领域有着广泛应用。为了顺应无人机轻小化发展趋势对成像光谱仪载荷小型化、轻量化的要求,并满足高成像质量、高光谱分辨率的性能需求,提出了一种新... 成像光谱仪能够同时获取目标空间维度和光谱维度的信息,已经在农业、工业生产、军事等领域有着广泛应用。为了顺应无人机轻小化发展趋势对成像光谱仪载荷小型化、轻量化的要求,并满足高成像质量、高光谱分辨率的性能需求,提出了一种新型轻小型自准直PG成像光谱仪光学系统设计。通过深入研究现有成像光谱仪类型,将Dyson型成像光谱仪和棱镜-光栅-棱镜型(PGP)特点相结合,引入像方远心镜头同时承担准直镜和成像镜的功能,极大程度缩减了光学系统的体积和质量,有效降低了加工,装调成本;利用棱镜和平面反射光栅的组合构成PG色散模块,取代了凹面光栅,并同时保留了PGP矫正谱线弯曲的能力。设计的成像光谱仪狭缝长10 mm,工作波长范围450~900 nm,相对孔径为1∶3,在狭缝宽10μm时全谱段光谱分辨率优于0.8 nm,光学系统包络体积仅为123 mm×44 mm×44 mm,各视场各波段MTF在100 lp·mm^(-1)处均大于0.5,接近衍射极限,各波长点列图RMS均小于艾里斑,系统成像质量良好。在实验室条件下能够有效将钠双线分离。 展开更多
关键词 成像光谱仪 光学设计 像方远心镜头 PG色散模块 光谱分辨率
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高光谱偏振技术的研究进展及展望 被引量：2
10
作者 颜昌翔 张源 +3 位作者 泊建 鞠学平 于博 李先峰 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第14期2141-2165,共25页
高光谱偏振技术是一种融合了高光谱和偏振成像的新兴技术,其在多个科学领域成为研究热点。本文旨在全面综述高光谱偏振技术的研究进展,并展望其未来发展方向。首先介绍了高光谱偏振技术的基本原理,解释了高光谱和偏振成像相结合的优势... 高光谱偏振技术是一种融合了高光谱和偏振成像的新兴技术,其在多个科学领域成为研究热点。本文旨在全面综述高光谱偏振技术的研究进展,并展望其未来发展方向。首先介绍了高光谱偏振技术的基本原理,解释了高光谱和偏振成像相结合的优势。然后,根据不同的设计原理介绍了偏振光谱仪器的分类。接下来详细讨论了该技术在遥感、医学、环境监测、地球科学和材料科学等领域的广泛应用。通过对不同领域的案例研究进行梳理,展示了高光谱偏振技术在提供更为丰富、精确信息方面的独特优势。最后对高光谱偏振技术目前面临的挑战进行了分析,包括仪器设备的精密性、数据处理的复杂性以及与其他传感设备的有效融合的问题。针对这些挑战,探讨了未来技术发展方向。未来的研究应着重于提升该技术的高光谱和时间分辨率,提高数据处理和分析准确性,扩展不同应用场景的适用性,以更好地满足不同领域的需求。综合而言,高光谱偏振技术作为一种全面、高效的信息获取手段,在多个领域取得了显著的研究进展。通过优化高光谱偏振技术满足更宽广的应用领域,高光谱偏振技术有望成为未来科学研究和实际应用中的重要工具。 展开更多
关键词 高光谱 高光谱偏振 成像技术 偏振光谱仪
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紫外小F数高变倍高光谱成像仪设计
11
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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能量选择中子成像谱仪Timepix3相机数据获取系统的研制
12
作者 席建普 罗来华 +9 位作者 王修库 于莉 蒋兴奋 滕海云 邱勇翔 沈培迅 周建荣 唐彬 孙志嘉 谭志坚 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2024年第5期856-863,共8页
中子数据获取系统作为中子散射实验的核心组成部分,通过收集与物体相互作用的中子信息数据,为科学研究和工程应用提供重要的数据支持,帮助了解物质内部的微观结构。本文针对Timepix3相机在中国散裂中子源(China Spallation Neutron Sour... 中子数据获取系统作为中子散射实验的核心组成部分,通过收集与物体相互作用的中子信息数据,为科学研究和工程应用提供重要的数据支持,帮助了解物质内部的微观结构。本文针对Timepix3相机在中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)能量分辨中子成像谱仪(EnergyResolution Neutron Imaging Spectrometer,ERNI)上的工程应用,设计并研制了一套数据获取系统(Data Acquisition System,DAQ),该系统能够实现相机的自动控制,并依据40 ms的时间周期对数据进行高效的预处理。在系统硬件方面,采用多服务器集群来应对探测器的高数据带宽需求;在控制层面,采用了实验物理和工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)的软件框架提高了相机的自动化程度和谱仪接口的联动;在数据流处理上,采用了Kafka分布式流处理平台来使读出和分析解耦合,提高灵活性,并通过对数据流按照T_(0)(40 ms为中子打靶的脉冲周期)打包来对中子数据进行预处理。通过在ERNI谱仪上进行的样品透射成像实验,验证了整套数据获取系统在束流条件下运行正常,能够成功获取到中子数据并进行了分析,测试结果符合预期,满足了ERNI谱仪的工程需求。 展开更多
关键词 能量分辨成像谱仪 数据获取 Timepix3探测器 EPICS Kafka
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星载高动态范围差分吸收成像光谱仪成像电路设计及实现 被引量：3
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作者 王煜 陆亦怀 +5 位作者 周海金 司福祺 刘国华 常振 林方 刘文清 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期2017-2028,共12页
星载差分吸收成像光谱仪通常运行于太阳同步轨道,探测地表反射光的光谱并根据特征气体的谱线吸收强度测量区域内某些痕量气体浓度。第一代星载差分吸收光谱仪受限于探测器性能等原因,探测的动态范围不大,造成暗背景下数据信噪比低,亮背... 星载差分吸收成像光谱仪通常运行于太阳同步轨道,探测地表反射光的光谱并根据特征气体的谱线吸收强度测量区域内某些痕量气体浓度。第一代星载差分吸收光谱仪受限于探测器性能等原因,探测的动态范围不大,造成暗背景下数据信噪比低,亮背景下像元饱和。随着更大阱深,更高速度的探测器出现,第二代高动态范围的差分吸收成像光谱仪得以实现。本文介绍了高动态范围的差分吸收光谱仪成像电路的研制过程,包括器件选型,电路方案及电路测试,并对测试结果进行了分析。重点讨论了高动态范围的实现,给出了单点测量值的概念,提出了最大单点测量值的计算公式,解释了最大单点测量值与动态范围的关系,并评估了探测器件的单点探测能力,同时规划了未来进一步提高动态范围的方法,从而为同类设备的研制提供参考。 展开更多
关键词 差分吸收光谱仪 CCD成像电路 高动态范围 卫星载荷
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基于PSIM机载大视场宽谱段偏振光谱成像系统光学设计 被引量：1
14
作者 李鑫权 张军强 +3 位作者 吴从均 马健 卢天姣 杨斌 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期250-257,共8页
为满足偏振光谱成像探测中对于大视场、宽谱段技术要求,设计了一种基于偏振强度调制技术(PSIM)的宽谱段大视场偏振光谱成像仪。针对前置望远镜组,文中对现有国内玻璃材料消色差分析,优选了可见至短波红外的复消色差玻璃,通过控制镜组中P... 为满足偏振光谱成像探测中对于大视场、宽谱段技术要求,设计了一种基于偏振强度调制技术(PSIM)的宽谱段大视场偏振光谱成像仪。针对前置望远镜组,文中对现有国内玻璃材料消色差分析,优选了可见至短波红外的复消色差玻璃,通过控制镜组中PSIM模块光线角度,实现大视场内在PSIM模块上的入射角度需求。结合分析结果,采用光学设计软件优化设计。设计结果表明,前置望远系统能够实现波段为400~1 700 nm,视场角为72°,焦距为20 mm, F数为4的高质量成像,全谱段内探测器截止频率处传递函数优于0.4, PSIM模块上最大入射角度为±4.99°,有效保证了各视场内偏振调制的一致性。后置光谱分光系统采用基于Offner结构的凸面光栅,优化结果显示各波段点列图均小于一个像元,在探测器奈奎斯特频率处中心波长的MTF达到0.6,各项指标均满足设计要求。本文对于基于PSIM宽谱段偏振光谱成像仪器的工程化具有很重要的现实意义,对宽谱段光学系统消色差设计也具有一定指导意义。 展开更多
关键词 偏振成像光谱仪 复消色差 PSIM 凸面光栅 光学设计
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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
15
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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基于成像光谱仪的光亮度精确测量方法研究 被引量：2
16
作者 王玉 曾延安 +1 位作者 郑海霆 苗丹 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期166-170,共5页
为了快速精确测量平板显示器的光亮度,采用基于线性渐变滤光片的成像光谱仪进行了理论分析和实验验证,讨论了以线性渐变滤光片为核心的成像光谱仪的原理、结构及应用特点,建立了光源光亮度-输出灰度值的数学转换模型,以及基于LED积分球... 为了快速精确测量平板显示器的光亮度,采用基于线性渐变滤光片的成像光谱仪进行了理论分析和实验验证,讨论了以线性渐变滤光片为核心的成像光谱仪的原理、结构及应用特点,建立了光源光亮度-输出灰度值的数学转换模型,以及基于LED积分球光源和分光光谱辐射亮度计的成像光谱仪光谱定标与辐射定标装置,得到了目标的光谱立方体数据,并计算出目标各点的绝对光谱功率分布曲线。结果表明,测量显示屏的相对示值误差小于3%,达到了国标光亮度测量所规定的一级测量精度要求,实现了对面光源光亮度的快速精确测量。该研究为优化显示器行业的质量控制和产品调控提供了有利参考。 展开更多
关键词 光谱学 光亮度 成像光谱仪 线性渐变滤光片
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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
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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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机载光纤式成像差分吸收光谱仪测量区域大气污染应用研究
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作者 张晓莉 王煜 +3 位作者 奚亮 周海金 常振 司福祺 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期310-317,共8页
我国大气污染呈现出区域性和复杂性等特性,开展污染气体区域分布的立体监测,能够及时了解大气环境现状、研究分析影响大气质量的各种因素,指导大气污染控制措施。机载成像差分吸收光谱仪,是目前有效的污染气体区域分布遥感手段之一。该... 我国大气污染呈现出区域性和复杂性等特性,开展污染气体区域分布的立体监测,能够及时了解大气环境现状、研究分析影响大气质量的各种因素,指导大气污染控制措施。机载成像差分吸收光谱仪,是目前有效的污染气体区域分布遥感手段之一。该技术观测区域大,覆盖率高,最终可提供精细化的污染气体区域分布资料,实现污染分布及传输的可视化探测。以往机载成像差分吸收光谱仪采用整体式设计,需要占用飞机光学观察窗口,航空搭载需求苛刻、应用受限。为此提出了光纤式机载成像差分吸收光谱仪,采用光纤束传输方式,安装过程中对飞机改装需求小,极大的便利了机上安装和调试,适应了适航设备认证需求。该系统采用特制多芯光纤束结合Littow-offner结构光谱成像系统,具有光谱成像分辨率高、大视场、结构紧凑等优点。在此详细介绍了该设备性能参数,并利用该系统在芜湖市周边开展了区域污染遥感应用。应用过程中,针对光纤式成像差分吸收光谱仪,提出了数据处理算法。对采集到的太阳散射光谱进行反演得到污染气体的斜柱浓度,并利用大气传输模型计算大气质量因子,实现垂直柱浓度转化。最后结合飞机姿态位置信息,快速获取了芜湖市区及其周边上空的NO_(2)、SO_(2)的浓度分布,并进行了区域内污染源快速定位和传输过程分析。从反演结果来看,本次实验NO_(2)垂直柱浓度在实验区域存在4个高值点,SO_(2)垂直柱浓度在实验区域存在2个高值点,高值点附近均存在重工企业,结果与实际情况相符。并结合卫星数据评估二者交叉校验精度,二者呈现正相关,相关性系数为0.77。应用效果验证了光纤式成像差分吸收光谱仪的方案可行性,可为大气污染气体航空遥感技术推广提供参考,同时弥补了地面站点监测在空间尺度上以及卫星遥感在时间尺度上的不足。 展开更多
关键词 机载 成像差分吸收光谱仪 二氧化氮 二氧化硫 污染气体二维分布
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光波导输入的双通道同步定标虚拟成像相位阵列光谱仪
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作者 张中楠 林栋 +3 位作者 朱小明 王宇韬 冯吉军 何晋平 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1-10,共10页
激光频率梳定标的虚拟成像相位阵列光谱仪有潜力同时实现超高光谱分辨率与波长定标精度,对于天文光谱探测有重要意义。然而,现有的研究工作中,虚拟成像相位阵列光谱仪采用常规的双通道光纤输入模式,在受环境干扰时,两个通道的同步性较差... 激光频率梳定标的虚拟成像相位阵列光谱仪有潜力同时实现超高光谱分辨率与波长定标精度,对于天文光谱探测有重要意义。然而,现有的研究工作中,虚拟成像相位阵列光谱仪采用常规的双通道光纤输入模式,在受环境干扰时,两个通道的同步性较差,相对漂移严重,从而降低了光谱仪的重复性定标精度。为解决该问题,提出一种以光波导作为输入器件的双通道虚拟成像相位阵列光谱仪,利用波导通道之间相对稳定的特性,实现更高水平的同步定标精度。通过对不同环境下光谱仪的稳定性进行研究得出,在相似的测试条件下,波导输入的虚拟成像相位阵列光谱仪的重复性定标精度明显优于光纤输入时的定标表现。 展开更多
关键词 天文光谱探测 虚拟成像相位阵列 双通道光谱仪 光波导 同步定标 激光频率梳
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一种平面静电离子阱非正弦镜像电荷/电流信号的定量转换新算法
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作者 俞卓琦 王伟民 +4 位作者 王华 徐炳寅 吴焕铭 唐科奇 丁力 《质谱学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期332-342,I0001,共12页
傅里叶变换质谱(FTMS)的质量分辨率取决于镜像电荷/电流的采集时间。为了在较短的时间内获得较高的分辨率,除增加分析器场强外,还可以利用镜像电荷信号中的高次谐波。平面静电离子阱获得的镜像电荷信号具有非正弦波形,其中包含许多高次... 傅里叶变换质谱(FTMS)的质量分辨率取决于镜像电荷/电流的采集时间。为了在较短的时间内获得较高的分辨率,除增加分析器场强外,还可以利用镜像电荷信号中的高次谐波。平面静电离子阱获得的镜像电荷信号具有非正弦波形,其中包含许多高次谐波成分,增加了频谱分析的复杂程度,例如,难以辨认1个谱峰的谐波次数,以及当不同次的谐波发生重叠时出现定量困难。为了将多质荷比离子的镜像电荷信号转换成质谱,本文开发了一种新的定量算法,包含谱峰评分分类(SC)和最小二乘法拟合(LSF)。通过评分可以确定每个峰属于哪一次谐波,从而确定其对应的基频。打分算法列出所有候选离子的基频,并使用确定的基频构建所有基信号,然后用其对原频谱进行LSF,以确定每种质荷比离子的数量。使用48种不同质荷比离子的仿真镜像电荷信号对SCLSF算法进行测试。结果表明,该方法允许较宽的质量范围,即使在高噪声条件下,通过SC-LSF算法也能准确得到各种不同质荷比离子的数量。因为频谱中通常存在大量的空白频点,可以选择1个频点子集进行LSF,这相对于时域中的LSF,能够大大减少计算量,提高效率和准确度。此外,只有使用复数频谱数据进行LSF时才能获得良好的定量效果,而使用幅值数据则会对质荷比接近的离子定量造成较大的误差,这是因为质荷比接近的离子信号的低次谐波峰未能彻底分解,而复数的幅值不具有可加性,从而造成拟合的错误。 展开更多
关键词 镜像电荷 傅里叶变换质谱(FTMS) 定量算法 谱峰评分分类(SC) 最小二乘法拟合(LSF)
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