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美国亚利桑那州光谱仪器公司生产的相机系统可用于大分子X射线晶体分析,天文成像和光谱成像系统。这种CCD阵列相机系统可根据需要确定其尺寸和类型,面阵CCD可达4000×4000分辨率。可选择的分系统和接口:以50kHz—5 MHz速度单通道或多通道续出,以12—16bit数字读出     

机载紫外DOAS成像光谱仪CCD成像电路的设计及实施

机载紫外DOAS成像光谱仪通过获取大气与地表的折射或散射的紫外光辐射,监测大气痕量气体的分布与变化,其电子学部件的重要组成部分为CCD成像电路。采用帧转移型面阵CCD-47-20为图像传感器,以现场可编辑门阵列（FPGA）为核心控制器的成像电路模块,设计并实现了一套完整的机载紫外光谱仪成像系统。CCD成像电路完成包括CCD驱动时序电路、CCD数据采集电路,接收CCD模拟图像信号产生数字图像信号,将数字图像信号通过差分芯片驱动以低压差分信号（LVDS）传输给机载通讯系统等功能。讨论了机载紫外成像光谱仪的设计过程,并重点讨论了CCD成像电路的设计过程。设计的机载紫外DOAS成像光谱仪系统成像分辨率为0.286。实验证明满足大气污染气体的观测需求。     

地面景物模拟器的光学系统设计

为了使CCD立体相机与干涉成像光谱仪在发射前能够快速检测图像质量,设计并研制了一种应用于CCD立体相机与干涉成像光谱仪共用的地面景物模拟器光学系统.介绍了地检景物模拟器的光学系统方案,根据实际使用要求,确定了地面景物模拟器光学系统的设计参数.该系统焦距为150 mm,视场角为10°,空间分辨率为36lp/mm,光谱适应范围为0.48 ～0.96 μm.设计结果表明,地面景物模拟器光学系统对被检CCD立体相机与干涉成像光谱仪的图像质量几乎没有影响.其奈奎斯特空间频率上的MTF与CCD立体相机和干涉成像光谱仪的MTF值几乎一样.为验证光学成像探测系统CCD立体相机与干涉成像光谱仪的光机及电子学系统的状态是否正常提供了依据.     

表面等离子体共振的二维相移探测

表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR) 在生物传感中有极大的应用价值,基于棱镜结构的共振角的相位传感比反射率传感具有更高的灵敏度。多通道实时相移探测是SPR 生物传感的研究热点和难点。本文提出了一种基于Kretschmann棱镜结构的衰减全反射(attenuated total reflection,ATR) 单光路的SPR相位检测系统。通过液晶可变延迟器(liquid crystal variable retarder,LCVR) 调控可激发表面等离子体激元(surface plasmon plaritons,SPPs) 的P-偏振光和作为参考光的S-偏振光的相位差,实现单光路干涉。通过可寻址的微镜阵列(micro-mirror array,MMA) 实现棱镜二维表面的定点相位 探测。该系统能够以接近单个MMA像素的空间分辨率(水平/垂直为7.64 μm或对角线为10.8 μm)探测相移信息,从而实现单光路、高精度、多通道的二维等离子共振相移探测,为原位生物传感器和突破衍射极限的相位成像提供新的实验思路。     

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FPGA的多通道面阵CCD拼接成像系统

针对现有的CCD系统技术无法同时满足大面阵与高帧频的问题,提出了一种基于FPGA的高速多通道CCD拼接系统。采用智能化的AD芯片,配置生成精确且接收反馈的CCD驱动信号。调用FPGA内置的IP核,利用乒乓操作的思想操控DDR2完成多通道图像的拼接,百万像素CCD以100帧的速度处理。对多通道影响图像非均匀性进行分析,将处理图像的得到的参数反馈给AD芯片,实时调整各通道的增益,在硬件驱动电路上完成自适应非均匀性校正。经验证,该系统极大地提高了大面阵CCD的显示帧频,多通道拼接后获得较高成像质量。     

基于多通道并行采集的光声成像系统

设计了一套基于多通道并行采集的快速光声成像系统,包括超声探测器、多通道并行采集系统、短脉冲激光器、计算机组成的硬件平台,并开发了配套的上位机软件来控制系统的采集和实时成像。多通道并行采集系统包括前端模拟放大、抗混叠滤波、模数(A/D)转换、数据存储器、现场可编程门阵列(FPGA)控制和通用串行总线(USB)传输等部分,它实现了64路信号的全并行采集和数字化处理。模拟样品实验结果表明,采用多个位置的旋转扫描成像能够极大地提高图像的信噪比。因此,采用高重复频率的激光器作为激发源及多个探测器的全并行采集,有望发展成为一种实时的生物组织无损成像系统,为临床医学的无损伤检测提供了新的方法。     

波长测量系统

Hamamatsu Photonics 公司制造的多通道波长测量系统结构简单,操作方便,还能测量和鉴定 LCD 颜色。它有一连接分光光谱仪与 CCD 摄像机的检测头,显示 CCD 摄像机图像、光谱分布和色度坐标。只要确定测量范围,操作人员便能完成颜色鉴定和测量。该系统使用     

星载差分吸收光谱仪CCD成像电路的设计及实施

星载差分吸收光谱仪通过获取地球大气或地表反射、散射的紫外／可见光辐射,监测大气痕量气体的全球分布。载荷使用4片面阵 CCD 作为探测器,对地观测、实时测量紫外可见波段光谱信息。其中 CCD 成像电路是电子学部件的核心,该电路的设计除完成通用 CCD 成像电路功能以外,还针对卫星空间有限和航天元件受限等特殊情况,采用了单板四通道、数字像元合并的方案。本文讨论了载荷 CCD 成像电路的设计实施过程,并重点论述了单板四通道和数字像元合并的设计特点。     

多通道TDICCD卫星遥感相机图像噪声分析与处理

为了解决多路时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)拼接遥感相机成像的噪声问题,提高载荷焦面电箱的成像信噪比和成像质量,通过分析噪声现象,发现多路TDICCD成像噪声的主要原因有两个:一是多通道TDICCD未能实现同时刻开启成像,使得成像电路电源出现高频纹波噪声且多通道噪声相混叠,这样对各通道CCD模拟信号造成干扰;二是电路中的DC-DC电源开关噪声扰动影响了CCD有效视频信号的采集。从工程研制实际出发,采取CCD通道之间共用统一的系统时钟,相同系统复位等措施对多TDICCD成像电路系统进行改进,抑制通道间成像串扰的发生,通过对主要干扰源DC-DC电源进行滤波处理与TDICCD端多点接地等方式,抑制电源噪声对TDICCD成像的干扰。对改进后的多通道TDICCD成像电路系统进行成像和信噪比测试。实验结果表明,采取的措施有效地去除了TDICCD成像噪声,相机信噪比提高了2 dB,且外场成像质量高,可满足实际工程的需求。     

基于手机热点传输的微型光谱仪系统研究

为满足光谱探测系统微型化及实时现场检测需求,研制了一种基于手机热点传输和Android平台的微型光谱仪系统.系统通过光谱仪端对被测物体的光谱信号进行采集,并利用CCD探测器记录光谱图像,光谱仪端的Open WRT模块作为无线终端连接热点手机,将光谱图像传到手机端,通过Android平台实现光谱图像的处理与图形化显示.测...     

角度型SPR系统的设计与应用

表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)技术被广泛应用于生物化学传感、药物分析和环境监测等领域。文章基于表面等离子体共振原理,采用Kretschmann模型,研制了角度型SPR系统,以PC机为平台基于Labview软件实现SPR系统控制、数据采集、实时显示及存储一体化。通过样品测试结果表明该系统具有较高的精度和稳定度,并成功应用于酒精溶液浓度的检测。     

微型光谱仪的CCD 数据采集系统设计

微型光谱仪是近年来光谱仪发展的主要方向。针对微型光谱仪数据采集系统的设计需求,应用TCD1304DG 线阵CCD 完成了以FPGA(EP4CE15)为控制核心的高分辨率数据采集系统设计,系统使用了集成Programmable Gain Amplifier(PGA)、16 位模数转换功能的Analog Front End(AFE)芯片,开发了USB2.0 高速数据传输电路并完成了光谱采集上位机软件的设计,实现了对光谱数据的实时处理。小型集成的电路设计方案满足了光谱仪对小型化、便携使用的特点和要求。     

相位调制阵列结构微型光谱仪的设计与仿真实验研究

介绍了一种相位调制阵列结构微型光谱仪。光谱仪的核心部件为构建在CCD或CMOS上的微型干涉仪二维阵列,阵列中的各个微型干涉仪由不同高度的PMMA台阶组成。待测光入射后,会在各个微型干涉仪下方形成不同的干涉光强分布。通过CCD或CMOS的像素元测量每个微型干涉仪下方的干涉光功率,所得数据可组成一个线性方程组,由Tikhonov正则化方法解此方程组可复原光谱。仿真实验结果显示,光谱仪的光谱测量波长范围至少覆盖从300nm到1 100nm的波段,光谱测量的波长分辨率达到皮米量级。与传统光谱仪相比,该光谱仪具有体积小、成本低、分辨率高、光谱测量范围宽、测量时振动因素影响较小和可实时测量等优点。可以预计它将在航天遥感遥测、地质矿藏勘探、环境监测和生物细胞检测等领域有着广阔的应用前景。     

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。     

光纤表面等离子体波共振温度传感器的研究

根据液体折射率随温度变化而改变的特性，提出了一种基于表面等离子体波共振(SPR)效应的新型光纤温度传感器，分析了表面等离子体波共振光纤探头感应环境温度变化的原理。对表面等离子体波共振探头结构进行了优化设计，并进行了相关实验，为实现高折射率液体介质的感温测试和扩大测温范围提供依据。通过自行设计的一套光纤温度传感测试系统，得到系统输出的表面等离子体波共振光谱信号随温度变化的特性曲线，并提出对共振波长和最小光强反射率进行实时双参数测量的方法。实验结果表明，该测试系统具有结构简单、全光纤化、易远程测量等优点。     

光纤SPR传感器的信号检测及处理

光纤表面等离子体共振(SPR)传感器是目前应用在环境介质检测和生物大分子检测等方面的新型、高精度传感器。首先,以表面等离子体共振传感理论为基础,对系统检测结果进行数据处理,得出采用均值估计的线性模型。在不同时刻与相同环境介质下,检测某一溶液的十组光谱数据并进行均值估计,从而得到有效的共振波长。其次,利用小波分析方法进行信号处理,校正了噪声产生的漂移,对光谱信号压缩处理,以提高检测精度。再通过Matlab进行模拟仿真优化传感系统性能。并对不同折射率溶液如蒸馏水、酒精等进行检测,得到了良好的光谱响应曲线,证明了在检测范围内折射率和共振波长之间具有良好的线性关系。     

表面等离子体共振传感器研究的新进展

表面等离子体共振传感器具有灵敏度高、免标记及检测快速等优点,在生命科学、药物开发、公共安全、环境污染检测等领域具有广阔的应用前景。高灵敏度、小型化、集成化、低成本、高可靠性是未来表面等离子共振传感器发展的主要方向。介绍了棱镜耦合复合结构表面等离子体共振传感器在提高灵敏度和分辨率方面的研究新进展,重点论述了光纤表面等离子体共振传感器的研究现状和发展趋势,并对高通量、多组分识别表面等离子体成像技术以及金属微纳结构(颗粒)局域表面等离子共振传感技术的应用前景进行了讨论。     

弱光条件下的高分辨光谱测量

提出了一种基于数字微镜器件(DMD)和光电倍 增管(PMT)的弱光高分辨光谱测量 的新方法。 首先,利用基于小尺寸狭缝的分光光路将被测光光谱成像到DMD上,然后DMD微镜阵列按列依 次翻转 将光谱分波段投射到PMT点探测器上,最终实现对光谱的分时扫描测量。进行了与CCD光 谱仪的对 比实验以及不同弱光条件下的测试实验,并对系统的信噪比(SNR)特性进行了实验测试。实验结果表明,光谱测 量系统的谱分辨率高达0.23nm,灵敏度可达4.6pW以下,系统的信噪比(SNR)特性比较理想。相对于传 统的光谱 测量方法,本文方法具有成本低、易于实现且性能稳定等优点,在弱光高分辨光谱测量领域 具有较大的潜在应用价值。