基于FPGA的干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原研究

对目标的实时探测与识别是当前干涉式红外成像光谱仪领域研究的热点问题,而光谱仪实时光谱复原是有效解决该问题的前提。利用可见光相机模拟干涉仪而得到干涉图信号,利用高速大容量FPGA芯片设计了一种干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原系统。系统主要由干涉图数据预处理、实时光谱复原以及光谱显示等模块组成,以流水线方式运行,能够实时输出目标的光谱信息,具有运算速度快、体积小、便于算法升级等优点,为光谱仪对目标的实时探测与识别研究奠定了良好的技术基础。     

基于FPGA的干涉式成像光谱仪实时数据处理系统研究

根据干涉式光谱仪系统数据处理技术,研究了一种基于大容量高速现场可编程门阵列(FPGA:Field Programmable Gate Array)器件的干涉式成像光谱仪实时数据处理片上系统,它将干涉图采集和光谱复原集成在一个FPGA芯片内,可实时完成干涉图采集和光谱复原处理,具有体积小、运算速度快以及稳定可靠等优点,为成像光谱仪对目标的实时探测和识别等应用奠定了良好的技术基础.     

偏振型空间调制干涉成像光谱技术的研究

介绍一种基于偏振原理的空间调制干涉成像光谱技术 ,对这种干涉光谱仪干涉图样的形成及其处理技术进行了理论上的分析 ,为偏振型空间调制干涉成像光谱仪的研制提供理论依据。     

基于微偏振阵列的干涉型高光谱偏振成像方法

光谱和偏振辐射特性是实现精细目标识别的重要光学参量,融合光谱和偏振信息分量的光谱偏振成像探测技术有效利用两者的互补性,提高在复杂背景环境下的目标识别能力,在环境监测、军事侦察和大气分析等领域具有巨大的发展潜力。围绕目标的光谱和偏振信息探测问题,研究了一种基于微偏振阵列的干涉型高光谱偏振成像技术。在研究Sagnac干涉型高光谱成像技术的基础上,利用微偏振阵列调制原理引入Stokes偏振分量信息探测。通过分析系统的工作原理,设计了系统的干涉成像光路模型,并对光谱信息反演方法以及偏振信息提取方法进行了讨论分析。搭建了实验装置,对实际场景目标进行了光谱偏振成像实验,得到了较好的实验结果。研究表明:该光谱偏振成像技术不仅具有高光通量、高光谱分辨率的优点,而且能够实现偏振信息的同步获取。     

全偏振高光谱干涉成像技术的研究

针对现有全偏振测量与高光谱成像技术难以同步的核心问题,提出了一种新型双光路全偏振高光谱测量结构,利用基于电光效应的偏振调制技术与干涉成像技术,将目标光波的偏振信息、光谱信息和空间图像信息进行有效结合,实现了高光谱与全偏振成像的同步测量,极大丰富了目标探测能力和探测信息量。同时,利用计算机软件得到仿真结果验证了方法的正确性,并对可能产生的误差进行了分析。最后给出了部分实验结果和数据分析进一步验证其可行性。该研究对许多光学技术遥感领域,比如资源普查、环境检测、军事侦察等,具有重要意义。     

静态成像光谱偏振仪

提出了一种基于幅度调制技术和空间调制干涉成像光谱技术的静态成像光谱偏振仪(SISP).利用由消色差1/4波片、多级相位延迟器和线偏振器组成的光谱偏振调制模块将入射光的斯托克斯分量信息调制到不同的波数上,利用干涉成像光谱仪单次曝光获得经光谱偏振调制的干涉图,不同的斯托克斯分量在干涉图上分离,再采用傅里叶变换从干涉图上解调...     

偏振干涉成像光谱技术研究进展

综述空间调制偏振干涉成像光谱技术及其研究进展。介绍了偏振分束器（双折射晶体）的分光机理和目前国内外有代表性的偏振型光谱仪及成像光谱仪方案及发展现状,并就其广泛应用作了论述。     

大孔径静态干涉成像光谱仪探测器配准误差标定方法

大孔径静态干涉成像光谱技术是近年来出现的一种新型干涉成像光谱技术,具有高通量、多通道等优点,然而干涉图与探测器之间存在一定配准误差时,则会对复原光谱产生较大的影响,甚至影响到仪器的最终应用。针对该问题,通过对大孔径静态干涉成像光谱仪成像机理的分析,提出了一种探测器配准误差的标定方法,经验证该方法可以很好地解决探测器的配准误差,最终提高了复原光谱的精度,该研究对大孔径静态干涉成像光谱仪的研制具有重要的指导意义。     

基于FPGA的成像光谱仪多通道实时光谱识别设计

实时光谱识别是目前干涉式成像光谱仪领域研究的热点问题之一,其难点在于复原光谱数据量大及对识别算法的实时性要求高。基于FPGA器件设计了一种基于光谱角匹配(SAM)算法的干涉式成像光谱仪多通道实时光谱识别系统。该系统将多个不同的参考光谱分别存储在其对应通道的存储器中,根据SAM算法实时计算输入光谱与各通道参考光谱之间的光谱角,通过对各通道输出的光谱角进行比较而实现光谱的实时识别。仿真结果表明,系统在Xilinx芯片XC7A100TFGG484-2上对复原光谱进行实时有效识别的运行频率可达100MHz。系统以流水线方式运行,具有速度快、体积小、便于升级等优点,为干涉式成像光谱仪实时光谱识别的工程实现提供了一种有效的技术途径。     

基于光开关的单光谱仪频域偏振光学相干层析成像系统

提出一种基于光开关的单光谱仪频域偏振光学相干 层析成像(PSOCT)方法。在参考臂通过1×2路光开 关把参考光分成两路,并在其中一路光路中放置1/4波片(QWP),从而在参考臂构建出一对正 交的偏振光。 利用光开关进行参考臂正交偏振光不同通道的选择,水平和垂直偏振光轮流返回与样品光发 生干涉, 实现偏振干涉信息的分时探测,再通过探测到的两路偏振干涉信息计算得到测量样品的相位 延迟图以 及强度图。本文方法实现了偏振光学相干层析成像系统的单光谱仪探测,得到了离体鸡脚蹄 筋组织的强 度图以及相位延迟图,能够实现高速偏振成像。     

反射式可控红外部分偏振辐射源设计与测试

为了对偏振热成像系统进行定标,设计了反射式红外可控部分偏振辐射源,从理论计算和实验测量两方面进行对比论证.首先,推导了铝反射镜的穆勒矩阵,提出了辐射源出射辐射偏振态的理论计算方法,结果表明,能够产生线偏振度小于0.80、圆偏振度小于0.60的长波红外部分偏振辐射.然后,基于铝反射镜搭建了部分偏振辐射源,并用线偏振热成像系统对出射辐射的偏振态进行测量,结果表明该辐射源可以产生线偏振度在0.25~0.85之间的长波红外部分偏振辐射,当铝反射镜入射角低于80°时,线偏振度测量值的相对标准偏差低于6%.     

E&C跟踪对极化角的影响及解决方法

针对船载卫通站使用线极化卫星通信过程中出现的反极化信号干扰问题,根据不同状态下信号电平变化,发现干扰信号强度与天线跟踪角度有关.结合天线采用的三轴稳定体制结构特点,建立天线转动几何模型,通过不同跟踪模式下天线角度的比较,对其相互关系进行了分析,推导出了该体制下极化角计算公式,据此进行极化补偿,有效解决了EC模式下跟踪线...     

线偏振光通过多个任意厚度波片的偏振态

为了研究线偏振光通过多个任意厚度波片后的偏振态,利用线偏振光叠加的方法,对两个晶体光轴夹角为45°的不同厚度波片计算了透射的两个正交线偏振光的强度和相位差,由此得到叠加后的偏振态及透射光总强度,并分析了它们随波片延迟量、入射光方位角的变化关系。结果表明,透射光的偏振态由后面波片的延迟量决定,强度由前面波片的延迟量和入射线偏振光方位角决定,同时说明正反向使用时,透射光的偏振态和强度一般不同。该研究结果可用于类似结构退偏器（如Lyot退偏器）的分析。     

空间调制型全偏振成像系统的角度误差优化

空间调制型全偏振成像系统利用 Savart偏光镜能够将被探测目标的4个 Stokes参数 S0~S3调制在同一幅干涉图像中,从而通过单次采集便可获得完整的偏振信息。在该系统中,半波片和检偏器的角度误差对 Stokes参数的测量精度有着不可忽略的影响。文中首先给出了包含上述两种角度误差的干涉强度调制方程,根据实际系统参数,在角度误差模型的基础上分析了当入射光为自然光、0/90线偏振光、45/135线偏振光和左/右旋圆偏振光时,角度误差对空间调制型全偏振成像系统的 Stokes参数测量精度的影响。利用这四种基态偏振光的偏振测量误差,给出了任意偏振态和偏振度的入射光偏振测量误差的表征方法,最后,文中以系统测量矩阵条件数为优化目标函数,经仿真计算得出当 Savart板厚度为 23 mm时系统测量矩阵条件取得最小值为 2.06,半波片和检偏器耦合角度误差对系统偏振测量精度的影响程度最小。     

High-gain polarization-insensitive optical amplifier

A polarization-insensitive optical amplifier (PIOA) consisting of two serial semiconductor laser amplifiers (SLAs) is studied theoretically and experimentally. A polarization-insensitive isolator (PII) inserted between the two SLAs serves not only to eliminate the coupling cavity, but also to rotate any polarized forward light by 90°. Experimental results show a maximum fiber-to-fiber gain of 29 dB. PIOA gain deviation for the input polarization launch angle is just 0.6 dB compared to an original value of 5-6 dB in a single SLA. A theoretical analysis shows that it is necessary to achieve a PII rotation design error of less than 0.5° in order to suppress deviation below 0.1 dB. PIOA noise figure deviation, for the input signal polarization launch angle, was only 0.1 dB from both the experimental and theoretical results even though there was a rotation error of 2°     

海面环境中红外偏振成像系统作用距离模型

诸多实验证明海面辐射具有偏振特性,目前还没有有效的红外偏振成像系统的海面目标探测能力的相关理论。利用T. Elfouhaily提出的海浪方向谱模型反演出海浪高度分布;通过一种基于Monte-Carlo光线逆追踪的方法分析了海面的红外偏振辐射特性;根据Stokes矢量分量的噪声特性建立了Stokes矢量各分量的最小可分辨温差值(MRTD)计算方法;并在此基础上,利用Stokes矢量分量的MRTD与场景的表观温差(ATD)的差异建立了海面环境中的红外偏振成像系统作用距离模型。     

基于Mach-Zehnder的像面相交干涉成像光谱技术

像面相交干涉光谱成像技术是一种紧凑型光谱成像技术,具有体积小、质量轻等特点,可搭载在小卫星或飞机平台上进行光电侦察等工作。研究了像面干涉光谱成像技术,提出基于多棱镜组合的Mach-Zehnder角剪切分束器的设计方案,对该分束器的工作原理及设计方法进行详细论述,并结合实例对某光谱分辨率条件下的Mach-Zehnder角剪切分束器的角剪切量进行了分析设计。同时研究了像面相交干涉光谱成像系统物镜设计特点,对该像面相交干涉光谱成像技术进行实验验证。     

线偏光全息的正交再现

报道了正交线偏光全息中的正交再现现象。所谓的正交再现,指的是衍射光的偏振态与记录信号光的偏振态是正交的。基于新发展的张量偏光全息理论,分析了正交再现的条件;搭建实验平台,在实验上观察到正交再现现象。通过定量分析与多组实验,可以得出当衍射光实现正交再现时,其功率大小与记录过程中信号光和参考光的干涉夹角有关。实验结果和理论分析结果完全吻合。正交再现现象的发现,有望拓展对偏光全息理论的认知。     

基于偏振成像和图像融合的目标识别技术

提出了一种基于偏振特征的目标识别技术.实验采用He-Ne激光作为照明光源,根据目标散射光偏振度的差异,利用DSP图像采集系统获取了目标的偏振图像,并利用图像融合技术计算了目标的Stokes图像和偏振度图像.结果显示:偏振成像有效地滤除了杂乱背景散射光的影响,明显提高了目标成像的对比度和分辨率.所以偏振成像技术可以有效地提高目标探测和识别效率.     

大气偏振中性点的便携式测量

为了避免常用的天空光偏振模式测量仪器中鱼眼镜头所引起的图像边缘区域扭曲的缺点,采用手机相机和线性偏振片相结合的方法,进行了理论分析和实际验证,得到了大气偏振模式的分布情况和中性点位置的数据。结果表明,实际测量的中性点区域与理论仿真的结果间高度角的偏差为2.4°±2.6°, 方位角的偏差为1.4°±0.8°,证明了测量方法的可行性;随着天空中云层的增加,天空光偏振分布图像会发生扭曲,但仍然可以确定中性点位置,为天空光偏振仿生导航提供了参考。该研究可用来确定太阳位置、实现自身定向及导航定位,并且具有易操作、便携等优点,在一定程度上降低了天空光偏振仿生导航的成本,提高了民用价值。