组合套镀法制备2.0～2.4 μm波段8通道微型集成滤光片

利用组合套镀法布里珀罗结构光学薄膜滤光片间隔层的方法,选取锗和一氧化硅分别作为高低折射率膜层材料,在短波红外区域2.0～2.4 μm光谱范围内,设计并制备了8通道集成窄带滤光片,单个光谱通道的有效通光区域的宽度为450 μm,其间有30 μm的挡光过渡带。各通道的峰值光谱透射率大于65%,滤光片的半峰全宽为8～13 nm,相对带宽在0.33%～0.65%之间。     

中短波红外双带通低温滤光片的设计与制备

双带通滤光片可以在元件的任意一个几何位置上同时透过两个光谱通道,从而实现双光谱通道的同时探测。文中研制了一种在100 K低温下使用的短波和中波红外双带通滤光片,选用Ge和SiO分别作为高低折射率膜层,在蓝宝石（Al₂O₃）基片上设计了具有Fabre-Perot(F-P)结构的短波通道滤光膜系和中波通道滤光膜系,它们在另一通带位置兼具增透能力,组合形成了包含短波通道(2.60~2.85 μm)和中波通道(4.10~4.40 μm)的双带通滤光片。Ge和SiO薄膜分别以电子束和电阻热蒸发的方式在高真空环境中完成沉积。测试结果显示,在100 K低温下,短波和中波通道的平均透射率分别达到91.2%和87.7%,顶部波纹幅度分别为2.1%和3.8%,波长3.00~3.95 μm光谱区域内的截止深度低于0.1%。该双带通滤光片在低温下的光学性能满足光学成像仪器的光谱应用要求,有利于更加精确的红外遥感和探测。     

中波红外与长波红外推扫成像性能分析

基于长线阵中波红外和长波红外探测器的推扫成像技术,是实现高空间分辨率和高温度分辨率卫星对地观测的技术途径之一。随着长线阵红外探测器的发展,该技术受到高度关注,并已在一些领域得到应用。介绍了中波红外和长波红外谱段成像特点以及基于长线阵中波红外和长波红外探测器的卫星推扫成像技术发展现状。重点根据中波红外和长波红外谱段的波长、温度为300 K 目标的辐射强度以及光学系统和探测器参数,分析了它们的成像性能,包括调制传递函数(MTF)、地面像元分辨率(GSD)和噪声等效温差(NETD)。对于常温目标,在积分时间足够长的情况下,保持相同的MTF,中波红外比长波红外推扫成像可实现更高的空间分辨率和温度分辨率。结合分析结果,对充分发挥这两个谱段的成像性能提出了建议。     

16通道微型集成滤光片制备技术的研究

多光谱成像光谱技术正在向光谱通道更多、集成度更高、体积小和重量更轻的方向发展,而用于分光的多通道滤光片是其关键光学元件,需要相应发展新型多光谱窄带集成滤光片制备技术.提出了组合刻蚀法布里-珀罗(F-P)滤光片间隔层的方法,将光学薄膜制备技术,离子束刻蚀技术与掩膜法技术相结合,形成新的多通道集成滤光片的制备方法.并在单个微型基片上,成功制备了集成16通道窄带线阵滤光片,获得的单元滤光片几何线宽为0.7mm,相对半峰全宽优于1.0%,透射峰定位精度优于0.25%.这一方法不但可满足集成度更高的滤光器件的要求,而且拓展了薄膜制备的方法.     

一种基于渐变滤光片的2～14 μm常温红外光谱辐射测试技术

研究了一种基于渐变滤光片的2～14 μm常温红外光谱辐射计,实现了2%测量波长的分辨率。针对单片渐变滤光片的波长范围限制,采用三块渐变滤光片拼接的方式与光谱融合算法,实现了2～14 μm宽波段覆盖。采用精密步进电机和位置传感器方案进行精密光谱分光,实现了2%测量波长的光谱分辨率。采用斩光和数字正交锁相放大方案,实现了微弱红外光谱信号的探测。用于驱动渐变滤光片的步进电机采用近似函数控制算法和阶梯变频加速型运动律控制方案,实现了高精度步进控制和0.1 转/s～10 转/s的不同光谱测量速度。最后,简要介绍了红外光谱辐射计的标定方法及结果。     

一种红外多光谱成像光学系统设计

介绍了一种中波段的多光谱成像光学系统,由于窄带滤光片对光线入射角度有严格要求,故在光学系统中窄带滤光片的放置位置尤为重要.光学系统由三部分构成,分别为光束压缩单元、分光单元和成像单元,光线经过光束压缩单元口径压缩,但各个视场仍然保持平行光状态,入射到窄带滤光片上的角度均小于7°,满足窄带滤光片的最小入射角要求,最后经过成像单元成像在制冷型中波探测器上.通过细分光谱可以很好的提高目标识别能力.     

星载红外双谱段高光谱成像仪光学系统设计

针对国内外星载红外高光谱成像数据空白和迫切应用需求,本文提出了星载红外双谱段高光谱成像技术方案,实现高空间分辨率、高光谱分辨率和高温度灵敏度成像。工作谱段覆盖中波红外(3～5μm)和长波红外(8～125μm),中波和长波红外谱段的光谱分辨率分别为50nm和100nm,空间分辨率为60m,成像幅宽为60km,噪声等效温差优于02 K。分析确定了红外高光谱成像仪的光学系统技术指标,设计了望远光学系统、光谱成像光学系统和高光谱成像仪整体光学系统。望远光学系统采用自由曲面离轴三反设计方案,实现了大相对孔径像方远心和低畸变设计,相对畸变小于0135;光谱成像光学系统采用Wynne Offner结构形式,实现了高成像质量、轻小型化设计,不同波长的传函均接近衍射极限。设计结果表明,星载红外双谱段高光谱成像仪的光学系统成像质量优良,结构布局紧凑合理,具有较强的工程应用价值。     

中波红外宽波段多光谱成像光学系统设计

本文设计了一种基于滤光片的制冷型中波红外宽波段（2.7～5μm）多光谱双视场成像光学系统,可将不同波段的红外场景辐射透过相应的滤光片成像在红外制冷型探测器上。本系统将多个滤光片置于滤光轮上,并放置在探测器前,不仅能减小滤光片的有效口径,同时还兼容图像的非均匀校正功能。通过转动滤光轮,系统能够得到多个所需的图谱信息,通过差分技术可以更好地提取目标信息,提升灵敏度。该系统F数为4,焦距为70 mm/280 mm,MTF接近衍射极限,具有-50℃～80℃的主动消热差功能,满足应用要求。     

紧凑型偏视场多光路耦合同轴四反光学系统设计

随着轻小型卫星技术的不断发展,紧凑型光学载荷成为空间光学领域一个新的研究热点。偏视场多光路耦合同轴四反光学系统具有长焦距、大视场和高轻量化水平等优点,可以更好地满足光学载荷高分辨率、多功能性、轻小型和低成本的应用需求,因此在轻小型光学遥感载荷领域有着广泛的应用前景。以高斯光学和三级像差理论为基础,对同轴四反光学系统的初始结构进行了分析。以一种适用于推扫成像的偏视场可见光、中波红外耦合成像光学系统为例,实例中可见光通道焦距4 m,工作谱段0.45~0.85 μm,相对孔径1∶10,中波红外通道焦距1.6 m,工作谱段3.7~4.8 μm,相对孔径1∶4,各通道视场角均为1.4°×0.2°。同时对系统成像质量及公差进行了分析,从分析结果可以看出,各通道成像质量均接近衍射极限,系统光学总长优于f’_visible/5.48,具有较高的压缩比,且系统的加工和装配公差较为宽松,易于实现。     

Offner型消热差中波红外成像光谱仪设计

为了满足中波红外光谱分析的需要,设计了Offner型中波红外成像光谱仪。在分析红外系统消热差方程的基础上,明确通过选择不同热特性材料的合理组合可以设计出合理的消热差光学结构;在分析Offner结构原理的基础上,建立了一种简化的初始结构求解过程以及采用光学仿真软件进行优化的设计方法。最后,利用该方法设计了工作波段为3~5 m的推扫式成像光谱仪,并进行了一体化消热差设计,工作温度范围为-40~100℃,全视场范围内的弥散斑小于30 m,调制传递函数值在空间截止频率16.7 lp/mm处均大于0.35,光谱分辨率小于15.6 nm,具有较好的光谱分光性能。     

Binary tree-based generic demosaicking algorithm for multispectral filter arrays.

In this paper, we extend the idea of using mosaicked color filter array (CFA) in color imaging, which has been widely adopted in the digital color camera industry, to the use of multispectral filter array (MSFA) in multispectral imaging. The filter array technique can help reduce the cost, achieve exact registration, and improve the robustness of the imaging system. However, the extension from CFA to MSFA is not straightforward. First, most CFAs only deal with a few bands (3 or 4) within the narrow visual spectral region, while the design of MSFA needs to handle the arrangement of multiple bands (more than 3) across a much wider spectral range. Second, most existing CFA demosaicking algorithms assume the fixed Bayer CFA and are confined to properties only existed in the color domain. Therefore, they cannot be directly applied to multispectral demosaicking. The main challenges faced in multispectral demosaicking is how to design a generic algorithm that can handle the more diversified MSFA patterns, and how to improve performance with a coarser spatial resolution and a less degree of spectral correlation. In this paper, we present a binary tree based generic demosaicking method. Two metrics are used to evaluate the generic algorithm, including the root mean-square error (RMSE) for reconstruction performance and the classification accuracy for target discrimination performance. Experimental results show that the demosaicked images present low RMSE (less than 7) and comparable classification performance as original images. These results support that MSFA technique can be applied to multispectral imaging with unique advantages.     

机载高光通量双波段成像光谱仪的设计

分析了成像光谱仪常见结构的优缺点并给出了分析过程,对望远镜系统和光谱成像系统结构进行了合理选择,实现了单一成像光谱仪同时覆盖可见近红外(VNIR)和中波红外(MWIR)双波段。根据研究目标要求设计了一个大F数(VNIR波段F/3,MWIR波段F/2)机载双波段成像光谱仪。该光谱仪双通道共用一个同轴平场无遮挡Schwarzschild望远镜,用二向色分束器分开。双通道光谱成像系统均采用同心共轴的Dyson结构,VNIR波段和MWIR波段光谱分辨率分别达到5 nm和15 nm。为使设计的系统结构合理,介绍了光束分离结构和光谱仪的光束折叠方法。设计结果表明:该系统结构简单,效果良好,谱线弯曲分别小于1.2μm和0.5μm,谱带弯曲均小于0.5μm,偏振灵敏度小于4%,适用高光谱分辨率机载双波段成像光谱仪。     

折/衍混合多光谱红外成像光谱仪离轴系统设计

采用二元光学透镜作为分光元件的多光谱成像光谱仪,由于焦距随波长的变化改变了系统的F数,因此改变了系统的放大率,从而引起光谱图像的像元配准误差。为改进基于二元光学透镜的多光谱成像光谱仪的性能,首次提出将离轴三反射镜系统与具有二元光学透镜的变焦距系统相结合的新技术方案。设计了由三片二次非球面生成的无中心遮拦的前置望远镜,该望远镜不仅有利于提高多光谱成像光谱仪的集光能力,且有利于系统的小型轻量化。同时设计了含二元光学透镜的三片型变焦距组件,用来消除多光谱成像光谱仪的像元配准误差。整个多光谱成像光谱仪系统仅有6个单片,非常简单。另外,该系统在空间频率为20 c/mm时MTF超过0.3,充分满足红外焦平面探测器对多光谱成像系统分辨率的要求,像面尺寸为7.2 mm。适用于探测单元尺寸为25μm、规格为128×128元的红外焦平面探测器。     

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。     

滤光片分光型高光谱相机发展现状及趋势（特邀）

高光谱相机可将成像技术与光谱探测技术相结合,在对目标空间特征成像的同时,可以对每个空间像元形成多个窄波段实现连续的光谱覆盖,不同光谱信息能充分反映地物内部的物理结构、化学成分的差异。与传统的空间二维成像相比,高光谱相机可以同时获取目标的空间和光谱信息,在一定的空间分辨率下,能够获取宽谱段范围内地物独有的连续特征光谱,对地物的精准识别和探测具有显著优势,目前已成为对地遥感重要的前沿技术手段,在农、林、水、土、矿等资源调查与环境监测等领域具有重要的应用价值。随着滤光片镀膜技术的飞速发展,极大地促进了滤光片分光型高光谱相机的研制,目前基于滤光片分光原理的高光谱相机以大幅宽、高空间分辨率、高光谱分辨率和轻小型的优势成为高光谱遥感载荷的重要组成部分,在微纳卫星高光谱星座组网中获得广泛应用。主要对滤光片分光型的高光谱相机进行了综述,介绍了国内外典型滤光片分光型星载高光谱成像载荷,以及地面在研的滤光片分光型高光谱成像系统,并分析了这些系统的技术方案、性能指标及应用前景,阐述了基于滤光片分光原理的高光谱相机的技术特点和优缺点,最后展望了滤光片分光型高光谱相机的发展趋势。     

基于LCTF的艇载多光谱CCD相机的光学系统设计

提出了一种基于液晶可调谐滤光片(LCTF)多光谱CCD相机光学系统设计方案,该光学系统焦距60 mm,F数为3.5,谱段范围400～720 nm,视场角16.6°.采用前置扩束光学系统获得满足液晶可调谐滤光片孔径、视场角要求的光束,后继成像系统采用双高斯型结构,像质分析表明,此设计能够满足使用要求,在谱段范围内,16个波段都能清晰成像,满足实际工程需要.     

无扫描宽范围多波长成像测温技术

多波长测温是一种先进的辐射测温技术,其原理是假定发射率光谱模型,利用测得的多波长辐射与波长发射率函数关系,求得目标的真温和发射率。多波长成像测温技术通过探测目标的多波长辐射图像信息,反演计算得到目标的温场分布。针对基于彩色CCD的多波长成像测温不能适应非线性光谱发射率模型、测温动态范围较窄等不足,提出了一种基于光阑处非等比例滤色分光的四波长无扫描成像测温方法,有效压缩了波段成像带宽,形成了四个窄波段的成像探测,适用于非线性光谱发射率模型目标宽动态范围温场测量。根据提出的测温方法研制了四波长成像测温仪。测温仪主要由窗口、中性衰减片、四色滤光片、光学物镜镜头、可见/近红外集成传感器、测量控制单元及软件等部分组成。测温仪软件由目标四个波长的单色成像图像,得到目标的真温温场分布。在激光加热条件下对800~2500 ℃目标高温温场进行了试验测试,测量结果与热电偶数据比对表明误差小于1%,具有较高的准确度和较好的动态范围适应性。     

用于实时微型多光谱荧光成像方法的二维点阵式多通道窄带滤镜

实时微型多光谱成像方法能够在零机械运动下，单次曝光同时获取目标对应于几个不同特征波段的多幅二维空间光谱图像，具有效率高、体积小、抗震等优点。具有高光密度值的二维点阵式窄带微滤片（简称微滤片）是用于活体荧光成像的实时微型多光谱荧光成像技术的核心部件。首先对微滤片进行优化设计及关键参数的确定，其次研制了既具有二维空间分辨、又有高光学密度值的微滤片。实测结果显示所研制微滤片基本周期单元具有52 m52 m空间分辨率、透过带带宽为24 nm、光密度值高达4、不同光波段通道之间图像信号串扰微弱。该二维点阵式窄带微滤片的成功研制为实时微型多光谱荧光成像技术的应用扫清了障碍，对医疗活体光学病理诊断及使用多荧光探针来探索生命过程的研究有重要意义。     

空空导弹多光谱红外成像制导技术研究

从空空导弹红外制导系统的需求出发, 探讨多光谱成像制导技术的研究思路与系统设计方法, 介绍了共光路与分光路多种多光谱光学系统的结构设计, 分析了多光谱红外导引技术中的光谱细分、多光谱红外探测器、系统匹配、多传感器信号融合及光谱特征选取等关键技术。在此基础上给出了一种空空导弹双色成像探测系统实例, 该系统利用共光路系统设计实现双波段红外成像探测, 并针对红外诱饵干扰进行了基于光谱特征的目标跟踪与抗干扰算法, 实验验证该系统具有优于单波段成像导引头的目标识别与干扰抑制能力, 显示出了多光谱成像导引头是空空导弹的发展方向。     

基于光谱复原的高光谱高空间遥感数据融合研究

文章提出了基于图像光谱复原的空间域遥感数据融合模型(SFSR),不仅大大提高了融合后各波段图像空间分辨率,而且保持融合后多光谱或成像光谱图像数据光谱特性不变.这对融合后遥感数据多光谱特性分析和基于光谱波形特征的计算机自动分类都是至关重要的.