傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原FPGA芯片系统研究

针对傅里叶变换红外成像光谱仪实时数据处理技术的要求,研究了一种基于FPGA的集干涉图非均匀性校正、光谱复原、光谱辐射定标于一体的傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原芯片系统。该系统对输入信号做了标准化设计,以流水线方式输出目标的复原光谱信息,可嵌入到各种类型的红外/可见光傅里叶变换成像光谱仪的实时数据处理系统中,具有体积小、运算速度快、稳定可靠及易于升级等优点,为基于光谱特征的目标实时识别奠定了良好的技术基础。     

成像光谱技术XI(SPIE Vol．6302)

一、傅里叶变换光谱仪1.用于烟缕探测的移动式遥感傅里叶变换红外光谱仪(Winthrop Wadsworth等) 2.用于远距离被动探测的8×8元镶嵌成像傅里叶变换光谱仪(Winthrop Wadsworth) 3.一种傅里叶变换光谱仪通用扫描机构控制器:可改善仪器在各种应用中的效用和灵活性(Luc Ro- chette等) 4.采用斐索干涉仪的喇曼光谱技术(J.Mudge等)     

航天高光谱成像仪简述(特邀)

航天高光谱载荷相比于传统的多光谱载荷,在光谱分辨率上有着巨大的提升,随着定量化遥感的发展,天基探测不仅可以对地面目标的几何信息进行采集,更可以利用高光谱数据实现大气、陆地资源、战场环境、海洋物质成份的探测,随着航天高光谱技术的不断发展,高时间分辨率的对全球气候、自然资源、水纹情形的光谱成像已成为可能。高光谱探测依据成像原理的不同,主要可以分为干涉型光谱仪、衍射型光谱仪、滤光片型光谱仪。文中针对其中应用较为广泛的光栅衍射型光谱仪、时间傅里叶变换光谱仪、空间傅里叶变换光谱仪、声光调制滤光片（AOTF）光谱仪、液晶可调谐滤光片（LCTF）光谱仪、高光谱滤光片光谱仪进行了介绍,并针对每种光谱仪的优势及存在的局限性进行了分析。     

傅里叶变换光谱仪动镜驱动控制技术

动镜驱动控制技术是傅里叶变换光谱仪的重要组成部分.本文从干涉成像光谱技术原理出发,介绍了迈克尔逊型傅里叶变换光谱仪动镜驱动技术的进展及其应用情况.提出了新型摆扫式干涉机构动镜驱动系统的方案.基于模糊PID控制策略,给出了此驱动系统的闭环控制实现方法.     

应用光谱重建理论的傅里叶变换光谱仪

本文将重建光谱仪的光谱重建理论应用于傅里叶变换光谱仪中，使光谱仪可以兼具重建光谱仪高光谱分辨率优势以及傅里叶变换光谱仪固有的高光通量优势。利用构建的简易空间外差傅里叶变换光谱仪实验装置在520～530 nm光谱范围内进行验证实验。使用实验装置采集的不同单波长入射光光斑图像进行光谱校准实验，证明了傅里叶变换光谱仪可满足光谱重建理论必需的光斑与波长间唯一的一对一映射关系。随后，使用用于光谱校准的光斑图像进行光谱重建实验，实现了0.10 nm的光谱分辨率，相比通过傅里叶变换光谱仪原理得到的～5.65 nm光谱分辨率有明显提高。最后，使用额外采集的波长525 nm入射光光斑图像进行光谱重建实验，重建光谱中存在重建误差，且525 nm处光谱信号峰的半峰全宽（FWHM）～0.30 nm。光斑图像相关性分析显示，光谱重建受光斑图像采集过程中噪声和相邻波长入射光光斑图像高相似性的影响。尽管如此，重建光谱仍然可以反映入射光的光谱信息，且信号峰的FWHM小于傅里叶变换光谱仪原理得到的光谱，验证了将光谱重建理论应用于傅里叶变换光谱仪的可行性和高光谱分辨率优势。     

傅里叶变换红外成像光谱仪非均匀性在线定标与校正研究

由于傅里叶变换红外成像光谱仪结构的特殊性,其非均匀性在线定标与校正在工程上一直没有得到有效解决。首先对IRFPA非均匀性校正的原理与算法进行了简要阐述,在此基础上,通过对时间调制型、空间调制型及时间空间联合调制型傅里叶变换红外成像光谱仪原理结构的深入分析,针对这三种制式的光谱仪,分别研究出了相应的非均匀性在线定标与校正的方法,为星载傅里叶变换红外成像光谱仪非均匀性的在轨定标奠定了良好的技术基础。     

采用静态傅里叶变换光谱仪的星载高光谱成像技术

静态傅里叶变换成像光谱仪可以使在小卫星上获得的高光谱数据变得更清晰。高光谱成像技术是通过观测电磁波谱的很大一部分,然后一次采集和解译数十到数百个分立频带来观察物体的。许多物质都会留下与众不同的光谱特征,而这些光谱特征是高     

成像光谱学Ⅶ

一、光谱仪的设计原理1.红外超光谱成像傅里叶变换光谱仪和色散光谱 仪:基于信噪比的性能比较(特邀论文,L.W. Schumann等,美国宇航公司)2.超光谱传感器的设计与研制(E.M.Winter,美国 技术研究联合公司)3.机载成像光谱仪的性能要求(M.E.Schaepman 等,瑞士苏黎世大学)4.推帚式成像光谱仪如何达到大吞吐量(R.G.Sel— lar,美国佛罗里达空间研究所)     

空间外差光谱仪成像光学系统设计

为满足高光谱傅里叶变换光谱仪对高光谱分辨率、小畸变、像面光谱辐照度均匀、高信噪比以及仪器轻量化小型化的要求,设计了空间外差光谱仪成像光学系统。基于傅里叶变换的空间外差光谱仪空间干涉的特点和对成像系统缩放比、畸变等要求,依据干涉图调制度分析了最恶劣面形改变条件下对干涉仪元件面形误差的要求,并采用前后镜组匹配实现了双远心成像系统的设计。设计结果表明:该光学结构可避免调焦产生的成像系统缩放比改变,有效视场内畸变量约0.1%,传递函数在38.5 lp/mm处物面所有点全视场范围逸0.60。依据仪器视场角对滤光片安装位置和精度提出要求,并对成像系统进行杂散光和照度均匀性分析提出有效抑制杂散光的措施和方法。系统设计满足了空间外差光谱仪对成像的要求,实现了照度均匀、低畸变、离焦情况下缩放比保持不变等。     

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...     

成像光谱仪把天空看得更清楚

宇航工业需要把高光谱分辨率和大空间信息量结合起来的傅里叶变换光谱仪(FTS)．依靠三十多年的经验,加拿大ABB公司(前身为Bomem公司)报以成像傅里叶变换光谱仪．该公司发觉,对某个领域(军事、天文学或者工业)作出的贡献会使其它领域受益．例如:①穿轨迹红外探测器(CrIs)是下一代极轨天气传感器之     

傅里叶变换光谱仪准直性误差检测技术

克服准直性误差对傅里叶变换光谱仪光谱性能的影响是研制傅里叶变换光谱仪的难点,定镜动态校准技术是解决该问题的好方法,而准直性误差检测是实现动态校准技术的关键.介绍了一种基于相位检测的傅里叶变换光谱仪准直性误差检测装置,该装置采用相位检测法实时检测动镜倾斜角,并用FPGA实现了相位检测算法,具有实时性好、测量精度高的优点,为实现动态校准系统打下了基础.给出了实测的动镜动态倾角曲线.     

红外超光谱成像傅里叶变换光谱仪与色散光谱仪的性能比较

本文对用于红外超光谱成像的扫描型色散光谱仪和凝视型傅里叶变换光谱仪的以信噪比为基础的性能进行了比较。由这两种光谱仪的焦平面收集的信息有很大的差异。在扫描型色散光谱仪中,二维焦平面列阵在一个方向上收集空间信息,在另一个方向上收集光谱信息,而第二个空间维度则由扫描机械及时扫出。傅里叶变换光谱仪的二维焦平面列阵在收集二维空间信息的同时收集光谱(干涉图)信息。对于这两种仪器来说,信号的形成以及从焦平面数据收集到最后超光谱数据立方体的噪声传播都迥然不同,因此使用的信号和噪声模型也有很大的差异。本文把噪声等效光谱辐射率(NESR)作为一个品质因数,对使用同一种光学系统、具有相同的空间分辨率、相同的图像面积、相同的光谱分辨率、相同的光谱范围和相同的成像时间的两种仪器的性能进行了比较。在光子噪声限条件(通过适当设计新式的红外焦平面列阵,这种条件已能达到)下,与非成像傅里叶变换光谱仪有关的传统多路传输和吞吐量优势化为乌有,本文将对其原因进行分析。本文讨论两种仪器的二维焦平面列阵的特性,例如帧速率和动态范围等,并说明两者之间的差异为何如此之大。最后,本文总结了这两种仪器的信号处理要求。     

Livermore成像博里叶变换红外光谱仪

Lowrence Livermore国家实验室目前正在运行一台超光谱成像仪,即Livermore成像傅里叶变换红外光谱仪(LIFTIRS).这台仪器能够以可控光谱精度在从3到12.5μm红外波段范围内工作.本文介绍了它的工作特性,现行能力,数据输出量和定标结果.为了在更大范围内应用红外遥感,例如气态排出物的识别和测绘,表面温度的遥测,以及基于物质的红外发射率特性对表面物质类型进行分类等等.正在研制Livermore成像傅里叶变换光谱仪与其它系统比较IFTS     

激光干涉条纹辅助FTS干涉图数据采样

分析了傅里叶变换光谱仪测量对参考光源的要求,介绍了所研制傅里叶变换光谱仪的光学系统。应用电子学自动增益锁相环倍频技术处理稳频激光干涉图信号,获得了用于干涉图采样的外触发控制信号。选择锁相环８倍频处理实现了电子学信号模拟测量,并且实际测量了Ｈｅ－Ｎｅ激光管６３２．８ｎｍ波长的光谱。该电子学及光学辅助采样系统可以用于测量可见、紫外－真空紫外波段光源光谱。     

基于FPGA静态傅里叶变换干涉系统的实时数据采集

针对静态傅里叶变换光谱仪中干涉条纹采集与处理对速度快的特殊要求,设计了用FPGA实现干涉图采集和光谱复原系统,通.过CCD采集静态傅里叶干涉条纹后,将数字灰度值输入到FPGA中,进行傅里叶变换(FFT)、取模、光谱标定等处理后得到入射光的光谱信息.光谱获取的算法主要由基2-FFT和光谱标定实现,光谱标定是通过在可探测波...     

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%。     

无成像镜全反射傅里叶变换成像结构光谱检测的机理研究

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632.8nm、940nm和3000nm进行光谱检测的仿真实验表明，其光谱测量误差小于1%。     

实时红外化学成像光谱仪器

红外吸收光谱是人们用以分析一种材料的化学成分的方法之一。由于傅里叶变换技术的引入,红外吸收光谱已被广泛用于分析分子的特性和数量。但即使如此,无论是常规的红外吸收光谱仪还是傅里叶变换红外吸收光谱仪,都需要花费时间进行复杂的计算才能获得样品的红外吸收光谱。本发明提供一种实时红外化学成像光谱仪器,它包     

傅里叶变换光谱仪非渐变相位误差的校正方法

研究了相位误差起伏性较大、不满足随波数缓慢变化时的干涉型傅里叶变换光谱仪谱线相位误差的校正方法,根据实序列傅里叶变换的性质和离散傅里叶变换的性质,将过零单边干涉图采样数据和短双边干涉图采样数据分别作为复数序列的实部和虚部,组成一组复数序列,对此复数序列进行一次傅里叶变换,能够避免当相位误差起伏性较大时,对相位误差进行多项式拟合带来的较大误差,可以获得高精度的光谱。研究结果表明,当相位误差不能满足随波数缓慢变换时,传统的Mertz乘积法不能校正此时的相位误差,而实验中提出的方法能够校正此类相位误差,并且获得理想的光谱曲线,可以广泛地应用到干涉型傅里叶变换光谱仪的光谱反演中。