无成像镜全反射傅里叶变换成像结构光谱检测的机理

全反射傅里叶变换成像光谱仪在航空航天遥感等领域具有重要的应用。专门设置的柱面镜和准直系统,使得光路结构复杂,不仅增加了成像光谱议光学设计和安装调试、维护的难度,同时也增加了成像光谱议的重量和光能的损耗。提出了一种无成像镜实现成像光谱检测的结构,对其检测机理进行了研究。对波长632.8 nm、940 nm和3000 nm进行光谱检测的仿真实验表明,其光谱测量误差小于1%。     

基于荧光光谱成像与聚类分析的鹿茸鉴别研究

提出应用荧光光谱成像技术对鹿茸饮片进行检测,以期为鹿茸真伪鉴别提供一种快速无损的检测方法。采用凝视式荧光光谱成像装置,对不同来源的13种鹿茸样品进行了荧光光谱成像分析,从各样品的光谱立方体中提取了其特征光谱曲线,并采用欧氏聚类分析方法对特征曲线进行解析。系统所用光源为中心波长254nm的窄带紫外光源,光谱分辨率为5nm,扫描范围为410~670nm,空间分辨率为4 000×4 000。光谱成像检测结果与作为对照实验的性状、显微鉴别结果一致,表明荧光光谱成像法可用于鹿茸的真伪鉴别,且方法简便和客观。     

高光谱成像技术的苹果品质无损检测

高光谱成像技术把二维成像和光谱技术融为一体,图像技术可全面反映水果的外部品质、表面缺陷及污染等,光谱技术则可用于水果内部品质的检测,能对水果的综合品质进行全面、快速的检测。以苹果为研究对象,得用高光谱成像技术和主成分分析方法分析了苹果的风伤和压伤,对比分析不同光谱区域主成分分析对识别结果的影响,优选出识别光谱区域（550～950nm）。通过主成分分析根据权重系数,选取了714nm作为苹果风伤研究的最佳特征波长。     

基于小型化便携式光谱成像技术的分类识别系统研究

小型化便携式光谱成像越来越多应用于日常生活中，给人们的生活提供了更多的便利。柑橘属水果是人们日常生活中经常食用和储存的水果之一，在智能冰箱中，柑橘由于品种相似等原因不利于识别和分类，光谱成像技术利用其物质不同的特征波长实现其识别。采用新型的单芯片式光谱成像芯片搭建小型化便携式的光谱成像系统，利用光谱成像技术实现对柑橘属水果的分类识别，并通过分批次样本进行交叉验证，同时建立光谱分辨率与准确度关系，通过约束光谱分辨率，有效提高了柑橘属水果分类识别的准确度，光谱分辨率小于20 nm，识别准确度可达到95%以上。     

双通道衍射计算成像光谱仪系统

常规衍射光谱成像系统采用单通道方案,主要针对简单图形目标或光谱特征已知的气体目标进行模拟仿真和光谱成像实验。而当目标为自然场景等复杂景物时,成像系统的光谱解算效果和精度难以保证。针对复杂景物成像,设计了一套双通道可见近红外衍射计算成像光谱仪系统,在常规单通道衍射成像光谱仪系统的基础上,增加一路全色相机成像,可以为衍射成像通道提供复杂景物的全色信息和先验知识。将两个通道的数据进行联合处理,提升最终的光谱数据反演效果和反演精度。介绍了系统组成和基本原理,分析了系统性能,利用仿真程序模拟了系统成像过程。在实验室搭建了可见近红外衍射计算成像光谱原理验证装置。对实验得到的450~800 nm的可见近红外混叠光谱数据进行光谱复原。利用海洋光学光谱仪测试色板的光谱曲线作为标准谱线,与复原得到的光谱数据进行对比,反演的光谱数据平均精度优于90%。通过衍射计算成像原理分析、模拟仿真和原理实验,验证了双通道衍射计算成像系统原理的正确性,能够反演得到精度优于90%的复杂景物光谱数据,提升了衍射成像光谱系统应用潜力和应用价值。     

基于近红外高光谱成像技术的长枣含水量无损检测

利用近红外(NIR)高光谱(900~1 700nm)成像技术对灵武长枣含水量的无损检测进行了研究。通过900~1 700nm高光谱成像系统采集了128个长枣图像,对原始光谱与Savitzky-Golay平滑处理后的光谱反射率R曲线、吸收率A曲线和Kubelka-Munk函数(KM)等曲线的偏最小二乘回归(PLSR)模型进行对比分析;采用PLSR的加权β系数分别提取不同光谱参数下的特征波长,建立RPLSR、A-PLSR和KM-PLSR的长枣含水量预测模型。结果表明,采用原始光谱建立的PLSR模型优于Savitzky-Golay平滑的PLSR模型;原始光谱的特征波长建立的PLSR模型优于全波段的PLSR模型,特征波长建立的KM-PLSR模型优于R-PLSR、A-PLSR模型,决定系数(R2)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.793、1.828。这表明,NIR高光谱成像技术提取特征波长进行长枣水分检测是可行的,同时也为今后长枣品质在线检测提供了理论依据。     

基于近红外高光谱成像技术的长枣含水量无损检测

利用近红外(NIR)高光谱(900～1700nm)成像技术对灵武长枣含水 量的无损检测进行了研究。通过900～1700nm 高 光谱成像系统采集了128个长枣图像,对原始光谱与Savitzky-Golay 平滑处理后的光谱反 射率R曲线、吸收率A曲线和Kubelka-Munk函数(KM )等曲线的偏最小二乘回归(PLSR)模型进行对比分析;采 用PLSR的加权β系数分别提取不同光谱参数下的特征波长,建立R-PLSR、A-PLSR和KM-PLSR的长 枣 含水量预测模型。结果表明,采用原始光谱建立的PLSR模型优于Savitzky-Golay平滑的PLS R模 型;原始光谱的特征波长建立的PLSR模型优于全波段的PLSR模型,特征波长建立的KM-PLSR模型优于R- PLSR、A-PLSR模型,决定系数(R²)和预测均 方根误差(RMSEP)分别为0.793、1.828。这表明,NIR 高光谱成像技 术提取特征波长进行长枣水分检测是可行的,同时也为今后长枣品质在线检测提供了理论依 据。     

基于光栅光谱的中药光谱成像检测装置的设计

针对目前中药市场上存在的中药材质量问题,设计了一套基于推扫式光谱成像技术的光栅光谱成像装置。采用光栅分光,利用电控位移台在空间一维方向上扫描成像,通过图像拼接后获取了中药的光谱立方体。该装置成本低,无需特殊环境即可实现对中药的快速、无损检测。所测试系统参量包括定标波长、系统光谱响应范围、光谱分辨率、空间分辨率和系统稳定性等。以西洋参为例进行检测,得到了西洋参的光谱图像及其对应的光谱立方体,据此绘制其特征光谱曲线和空间荧光强度分布图像,得出了中药材西洋参的光谱特征和其主要活性成分人参总皂甙的空间分布。     

光谱编码计算关联成像技术研究

现有的多光谱成像技术通常采用光学分光的方式，使用多个探测器对成像场景的光谱图像进行采集，导致现有成像系统复杂，数据量大、效率低。针对现有技术的不足，提出基于正交调制模式的光谱编码计算关联成像技术。通过正交光谱编码矩阵融合Hadamard基图案构造投影散斑对宽带光源进行调制，单像素探测器收集成像物体与调制光源相互作用后的反射信号；应用演化压缩技术复原成像物体的混叠光谱图像；利用编码矩阵的正交性质解码出欠采样的光谱分量图像，对分离出的图像应用组稀疏压缩感知算法重构全采样的光谱分量图像，最后融合出成像物体的多光谱图像。通过数值模拟与实验两方面验证了所提方法的高效性。所提的技术简化了多光谱关联成像系统，降低了数据量。光谱编码方法可以扩展到更多的光谱通道，也可以应用在偏振关联成像、信息加密等领域。     

成像光谱仪数据信息提取和分类方法探讨

成像光谱技术的应用，开辟了遥感技术的新纪元。由于成像光谱仪的数据具有波段多，光谱分辨率高，数据量大，数据率高等特点，传统的数据处理方法无法适应成像光谱数据的处理。本文对成像光谱仪数据信息提取和分类方法进行了探讨，提出了一个系统地对高分辨率成像光谱数据进行处理、分析、分类的方案。经过分析，我们认为该方案具有先进性和可行性。     

成像光谱仪数据信息提取和分类方法探讨

成像光谱技术的应用，开辟了遥感技术的新纪元。由于成像光谱仪的数据具有波段多，光谱分辨率高，数据量大，数据率高等特点，传统的数据处理方法无法 适应成像光谱数据的处理，本文对成像光谱仪数据信息提取和分类方法进行了探讨，提出了一个系统地对高分辨率成像光谱数据进行处理，分析、分类的方案。经过分析，我们认为该方案具有先进性和可靠性。     

成像光谱技术的新发展

成像光谱仪把成像技术与光谱技术融为一体，可在空间和光谱两个方面对目标进行识别和分析。本文对９０年代以来迅速发展的时间调制及空间调制两类干涉成像光谱仪的基本原理、组成、性能特点等进行了介绍与分析。     

一种改善成像光谱仪光谱检测能力的新方法

为了改善成像光谱仪的检测能力，在不改变硬件结构的情况下，采用光谱细化最优化的新方法，利用液晶可调谐滤光片式成像光谱仪，取得了入射光近似光谱数据，进行了理论分析和实验验证。结果表明，在3组数值仿真数据中，相较于成像光谱仪测量光谱，该方法得到的近似光谱与入射光真实光谱的光谱强度差的标准差分别减小了79.3%，68.3%和58.8%；在两组实验数据中，标准差分别减小了84.4%和60.7%；求解得到的近似光谱与入射光真实光谱的近似程度得到了显著提高，较好地分离了相隔较近的光谱峰。这一研究改善了成像光谱仪的光谱检测能力。     

宽波段光谱成像系统杂散光分析及抑制

宽波段光谱成像系统(0.4～1.7μm)在食品检测、农业生产、医学分析、刑事侦查等领域有广泛需求，光栅因其具有高色散本领和高环境稳定性的特点，成为宽波段光谱成像系统主流分光元件，但采用光栅分光的光谱成像系统存在多级次衍射光谱互相串扰问题，严重影响仪器的探测能力，为了得到准确的光谱信息，需对其进行有效的抑制。文中利用Tracepro光学分析软件对宽波段光谱成像系统的多级次衍射杂散光进行仿真分析，发展了利用分区域滤光片和线性渐变带通滤光片来抑制多级衍射杂散光的方法，并分析比较了它们对多级衍射杂散光的抑制效果。仿真分析结果表明：线性渐变带通滤光片能够有效地抑制多级次衍射带来的杂散光，光谱成像系统杂散光系数降低至10-4量级，满足宽波段光谱成像系统对杂散光抑制要求。     

嵌入式Web服务器下光谱成像技术研究

传统的光谱成像技术信息采集精度差,为了解决这一问题,研究了一种新的嵌入式Web服务器下的光谱成像技术,分析了光谱成像技术的工作原理,并根据光谱成像技术的信息获取方式和分光原理对其进行了科学的分类。通过移植嵌入式Web服务器不仅能够为光谱数据处理提供运行环境,还能够实现光谱成像技术的身份识别、马赛克光谱数据采集、图片预览、视频调焦等相关功能。在对采集的成像光谱的三维数据进行分析研究时,在Web服务器上实现图像维度的分离,完成定点元素维度的光谱信息获取技术。实验结果表明,该技术优化传统光谱成像技术预处理的算法,节省运算时间,减少成本,达到实时显示处理结果的效果,提高工作效率。     

高分辨率近红外成像光谱仪光学系统

研究了一种在近红外波段具备良好成像能力的双凹面光栅成像光谱仪系统。对这种串联光栅系统中存在的主要像差像散和彗差进行了分析,并计算获得了该系统的最优成像条件:两个光栅和柱面透镜的最优摆放位置。这种改进型的Wadsworth系统可以在全波段近似消除彗差和像散,具备良好的光学成像质量,并仅通过刻线密度较低的光栅即可实现高光谱分辨率。设计了一个工作于780~1 100 nm波段的成像光谱仪系统,其光谱采样达到0.92 nm/pixel,全视场调制传递函数在17 lp/mm的奈奎斯特频率下高于0.45,系统像差得到充分校正,且加工和装调公差比较宽松。研究结果分析证明了设计理论的正确性。     

果蔬品质高光谱成像无损检测研究进展

介绍了高光谱成像检测基本原理,概括了果蔬品质高光谱成像无损检测的研究现状,总结了果蔬高光谱成像数据的分析和处理方法,分析了果蔬品质高光谱成像无损检测中存在的问题,提出了果蔬品质高光谱成像技术的进一步研究方向。     

基于超消色差1/4波片和AOTF的高光谱全偏振成像技术

针对环境温度、电压、入射角等因素变化对基于声光可调谐滤波器（Acousto-optic tunable filter，AOTF）和液晶可变延迟器（Liquid crystal variable retarder，LCVR）的光谱偏振成像测量精度影响大，且整个系统实现复杂等缺点；考虑到超消色差波片对温度和波长依赖小，结合AOTF高光谱成像的优点，提出了基于超消色差1/4波片和AOTF的高光谱全偏振成像新方法。详细分析了该方法的工作原理，并结合可购买到的最好超消色差1/4波片中相位延迟和快轴随波长的微小波动，进而分析了该波动对偏振测量的影响，并针对这些影响研究了修正策略。搭建了原理样机，对450~950 nm波段进行了偏振测量，修正后偏振度测量误差 1%，对偏振方向的测量偏差 1.8，以633 nm为例，对其全Stokes参量图像进行了具体原理及修正测量验证实验，结果表明，该新技术原理正确，修正策略可行。该研究可为复杂条件下高精度、高光谱全偏振成像技术提供新的理论和实现方案。     

功能近红外光谱在大脑成像中的研究及应用

近红外光谱的650~1000 nm是大脑成像的"光学窗口",功能近红外光谱技术对大脑成像具有非侵入、无需注射造影剂、成本低和方便等优点,被应用于脑成像。概述了近红外光谱在大脑成像中的原理、方法及发展,总结分析了功能近红外光谱技术对大脑探测在提高系统分辨率方法的3个主要阶段,提出了存在的问题和发展前景。     

紫外双光谱演示成像系统设计

文章利用AlGaN基双色线列探测器研制了一种紫外双光谱演示成像系统,其工作波段为250～280nm和330～365nm.系统采用探测器一维并扫的扫描方式,能够对0～360°视场进行周视成像.针对双色线列探测器,专门研制了对线视场进行优化设计的大相对孔径的紫外双色物镜以及基于FPGA的双通道紫外图像采集处理系统.系统以USB作为信号传输总线,配合上位机软件能够完成图像的实时显示、存储.在多种光照条件下的成像实验中成功地获取两个通道的紫外图像,在国内首次报道了AlGaN基紫外双色探测器的成像结果.