均匀分布狭缝阵列编码光谱成像系统的仿真与验证

为解决传统色散型高光谱成像仪扫描速度慢和编码孔径光谱成像系统存在部分信息失真或丢失、光谱重构复杂度高等问题,设计了一种基于均匀分布狭缝阵列的光谱成像系统,在编码孔径光谱成像系统的基础上,采用微位移电机控制阵列编码狭缝对成像视场进行微扫描,以实现光谱不混叠成像,在满足一定成像帧频的条件下实现动态场景的无损探测.仿真结果表明:在光谱图像重构质量与单狭缝系统结果一致的前提下,该系统的采集效率提升了 17倍;空间结构相似度和光谱保真度分别是50％压缩采样率编码孔径光谱成像系统的1.8倍和1.17倍,在完成仿真的基础上,搭建实验装置进行了可行性验证.     

PbSe光电导焦平面阵列探测器

应用半导体非平衡载流子连续性方程模拟了PbSe光电导红外探测器参数对光电响应的影响,实验研制了小规模像元的x-y寻址型PbSe光电导焦平面阵列（FPA）探测器,像元尺寸为500 μm×500 μm,像元间距为500 μm。实验表征了PbSe FPA探测器像元的光电响应性能,有效像元率达到了100%。500 K温度黑体辐射和3.0V偏压下像元的黑体响应率的范围是70~146 mA/W,平均响应率和平均探测率分别达到了110 mA/W和5.5×10⁹。像元的噪声等效温差（NETD）范围是15~81mK,平均噪声等效温差为32 mK。使用中波红外成像装置,初步演示了PbSe FPA探测器对350~450℃热辐射目标的红外成像。为后续研制高密度像元PbSe FPA探测器奠定了基础。     

单像素复振幅成像（特邀）

传统光学成像系统主要依靠阵列探测器对目标的空间分布进行探测来达到成像的目的。而单像素成像不需要阵列探测器,在探测端只需要使用一个单点探测器来记录光场的信号,然后利用关联算法来重构目标物体的图像信息。由于单点探测器的技术较为成熟,且成本较为低廉,因此这种成像方式在近些年得到了研究人员的广泛关注,期望单像素成像技术能够应用在X射线、红外、太赫兹等波段。另外,单像素成像技术在生物荧光成像、多光谱成像、三维成像、光场复振幅成像等应用领域也得到了深入的研究。其中光场波前的相位探测在天文观测、医学诊断、光学测量等领域至关重要,研究人员针对这一问题提出了多种基于单像素成像技术进行复振幅成像的方法,这些研究有效地拓展了单像素成像技术的实际应用场景。文中主要介绍了单像素成像技术的历史发展及其基本工作原理,并着重介绍了单像素成像技术在复振幅成像应用中的工作。     

基于多视场狭缝的高效信息获取光谱成像系统（英文）

视频光谱成像技术是目前遥感探测发展的一个重要方向,可以实现4维信息获取（两维空间+光谱+时间）,对于动态目标探测等应用场景有十分重要的意义。目前的技术手段是以滤光片方式为主,不具备光栅作为分光元件时的高光谱分辨率优势。基于此,提出了非耦合狭缝阵列扫描光谱成像（uSASHI）和编码狭缝阵列扫描光谱成像（cSASHI）系统,通过增加狭缝数目的方式,实现同一时刻多个视场信息的获取,极大地提升信息获取效率。uSASHI的每个狭缝获取信息之间不会耦合,n条狭缝可以实现n倍的信息获取效率的提升,cSASHI的狭缝按照压缩感知理论排列,可以实现欠采样条件下（采样率α≤1）视频光谱成像,信息获取效率可以提升n/α倍。本文设计的系统最终实现了1024*496*30的光谱数据立方体10 Hz视频光谱成像方式,cSASH实现了更高帧频。所提系统为视频光谱成像技术提供了新的方向,为未来动态目标探测等应用打下了基础。     

三维成像用128×2线性模式APD焦平面探测器设计

设计了一种用于激光三维成像的128×2线性模式APD焦平面探测器,器件包括硅基APD焦平面阵列和读出电路。硅基APD焦平面阵列采用拉通型n⁺-p-π-p⁺结构,像元中心距为150μm,工作在线性倍增模式。读出电路采用单片集成技术,将前置放大电路、TDC计时电路和ADC等功能模块集成在单一硅片上。整个线性模式APD焦平面探测器可实现128×2阵列规模的激光信号并行检测,并采用LVDS串口输出激光脉冲信号的飞行时间信息和峰值强度信息。测试结果显示,该线性模式APD三维成像探测器可同时获取时间信息和强度信息,成像功能正常。     

基于双方环结构的超宽带平衡滤波器设计

平衡滤波器因具有卓越的抗噪声及抗电磁干扰能力而在繁杂频谱环境下的低噪通信系统中显得至关重要。该文提出了一款具有共模抑制特性的平衡滤波器,通过差共模理论结合导纳矩阵及传输矩阵完成了分析设计。该滤波器中心频率为1．4 GHz,相对带宽可达74．3%,覆盖2G、GPRS、3G及4G LTE频段。同时该滤波器的边带具有两对传输零点,故其具有理想的边带滚降速度及边带抑制水平。滤波器全差模通频带内共模信号抑制水平均优于10 dB,差模阻带抑制优于20 dB,电路尺寸仅为0．17λ_g×0．17λ_g。     

阵列分束激光三维成像技术

针对现有激光三维成像中使用的面阵APD探测器相邻像元间隔较大,导致激光利用率低从而影响探测距离的缺点,提出阵列分束激光三维成像技术。该技术对激光发射源采用液晶空间光调制器进行衍射阵列分束,将一束激光分成与阵列APD探测器相应的阵列子光束,调整激光发射子光束和阵列APD探测器的位置,使得子光束照射目标后聚焦到阵列APD探测器的像元上,提高了整束激光的利用效率。介绍了阵列分束激光三维成像技术系统组成和工作原理,提出采用液晶空间光调制器的方法实现阵列分束的方案,研制了阵列分束激光三维成像原理样机,利用研制的原理样机对采用阵列分束后的效果进行了验证。实验结果表明,采用该技术后,采用峰值功率10 kW、脉宽8 ns的激光源,填充因子2/3的88 APD,三维成像作用距离达到510 m,同等条件下与不分束相比,作用距离提升39.1%。     

阵列探测器在成像光谱偏振探测技术中的应用

为了在成像光谱偏振仪中应用近红外焦平面阵列探测器,得到高质量图像信息,结合新型弹光调制型成像光谱偏振探测技术(PEM-ISP),提出了一种基于近红外焦平面阵列探测器的成像光谱偏振探测技术。系统采用FPA-640512 InGaAs焦平面阵列探测器作为光学探测接收元件,采用高速现场可编程门阵列(FPGA)作为信号处理单元,做到对光学信号的快速采集与并行处理,满足高速、实时的信号传输与处理技术等要求。将经高速A/D采集得到的数据存储到FPGA外扩的静态随机存储器中,以保证数据的完整性。数据最终通过通用串行总线传至上位机,上位机通过LabVIEW实现图像还原。结果表明,该系统可以应用于PEM-ISP中,实现对测量信号的精确探测与采集,并得到完整的图像信息。     

基于哈达玛矩阵编码测量的自适应压缩成像

为了消除采样过程中的噪声干扰,进一步提高重构图像质量,针对数字微镜阵列(DMD)与桶探测器在测量过程中点对点采样产生的起伏噪声导致图像信噪比降低的问题,提出基于哈达玛矩阵编码测量的压缩采样成像方法。首先采用DMD分区控制方法,利用哈达玛编码测量,计算获得低分辨率的粗糙图像,接着在预测的重要小波系数所在区域,对同一尺度上的重要区域利用哈达玛矩阵进行投影,同时计算出这些区域的小波系数,最后通过小波逆变换获得重构图像。实验表明,在测量噪声为0.2倍的热噪声下,只需要10%的采样率,通过哈达玛编码测量,图像峰值信噪比从13.98dB最高提高到34.56dB,提高了20.58dB,成像质量明显改善,清晰度高。当存在较大的测量噪声时,该方法可以大幅提高图像的信噪比,尤其适用于微弱光信号条件下的高灵敏压缩采样成像。     

基于单光子探测器阵列的光谱测量系统

针对目前商用光谱仪无法在极微弱光测量环境下实现光谱探测的问题,提出一种基于单光子探测器阵列的光谱测量系统,利用单光子探测器在极微弱光环境下的探测能力,将虚像相位阵列(VIPA)和反射式衍射光栅构成的二维色散结构与单光子探测器阵列相结合,并通过实验测试得出系统的二维分光效果、相对光谱透射比曲线以及单光子探测性能。实验结果表明:该系统不仅灵敏度高,还实现了0.006 nm的波长分辨率;与目前普遍采用的基于时间相关单光子计数的光谱测量系统相比,该系统具有更优的波长分辨率和更大的测量带宽。     

Efficient backward selection ofk-space samples in MRI on a hexagonal grid

Certain types of magnetic resonance imaging (MRI) such as magnetic resonance spectroscopic imaging and three-dimensional (3D) MRI require a great deal of time to acquire the image data. The acquisition time can be reduced if the image has a limited region of support, such as when imaging the brain or a cross section of the chest. Hexagonal sampling of the spatial frequency-domain (k-space) yields a 13.4% sampling density reduction compared to rectangular sampling of thek-space for images with a circular region of support (ROS) without incurring spatial aliasing in the reconstructed image. However, certain nonuniform sampling patterns are more efficient than hexagonal sampling for the same ROS. Sequential backward selection (SBS) has been used in previous work to optimize a nonuniform set ofk-space samples selected from a rectangular grid. To reduce the selection time, we present SBS of samples from a hexagonal grid. A Smith normal decomposition is used to transform the nonrectangular 2D discrete Fourier transform to a standard rectangular 2D fast Fourier transform so that the spatial-domain samples are represented directly on a rectangular grid without interpolation. The hexagonal grid allows the SBS algorithm to begin with a smaller set of candidate samples so that fewer samples have to be eliminated. Simulation results show that a significantly reduced selection time can be achieved with the proposed method in comparison with SBS on a rectangular grid.This work was supported by a Biomedical Engineering Research Grant from the Whitaker Foundation.     

新型红外成像技术

介绍了太赫兹成像、红外偏振成像和红外相位热成像等几种新型红外成像技术的机理与成像特点,综述了这些新型红外成像技术国内外研究状况及其优势与不足,展望了各种新型成像技术的发展前景及其可能应用领域.     

基于激光距离选通成像的非视域成像应用

非视域成像是国外近几年出现的一种新的成像模式,能够绕过拐角对难以直接观察的场景进行成像。介绍了基于激光距离选通成像技术的非视域成像模式,给出了国外的几个典型非视域成像实验及其结果。搭建了基于532 nm激光器和ICCD探测器的距离选通成像系统,以窗户玻璃和墙面瓷砖作为中介反射面,分别获得了50 m和20 m处目标的非视域图像。实验结果表明,非视域成像的效果与中介反射面的反射特性有关,许多具有一定镜面反射特性的建筑材料均可作为中介反射面,用于非视域成像;非视域成像模式在城市巷战、公安侦察以及抗灾救援等领域展现出潜在的应用前景,是一种具有发展前景的新型光电成像模式。     

一种半全息圆柱扫描成像新方法

在采用一维线阵进行圆柱扫描成像时,若一维线阵为一发多收或多发多收,并且所有线阵单元同时接收信号,则此时合成的二维柱面阵列为半全息阵列,即沿一维线阵方向为常规阵列或半主动阵列,沿柱面扫描方向为全息阵列,对于这种半全息阵列,现有的常规计算成像方法失效。虚拟透镜成像技术是一种全新的成像技术,可兼容不同的技术体制,并且适用于远、中、近以及超近距离目标的成像。为了解决上述半全息圆柱扫描成像难题,针对半全息阵列的特点,深入研究了虚拟透镜成像技术,提出了一种半全息圆柱扫描快速成像算法,最后进行了成像仿真,仿真结果验证了新算法的有效性。     

单像素成像在特殊波段及三维成像的应用发展

与传统的面阵成像技术不同,单像素成像技术作为一种新型的计算成像技术,使用不具备空间分辨能力的桶探测器,结合空间光场调制技术,通过关联算法重构待成像物体的空间强度信息,在研究界得到了广泛的关注。近年来,单像素成像技术被广泛应用于各种波段的成像领域,尤其是在某些面阵探测器价格昂贵甚至无法制备的特殊波段,单像素成像技术逐步发展为一项低成本高成像质量的替代技术。并且,在三维成像技术中,大量基于单像素成像的相关研究工作也被相继提出。文中主要介绍了单像素成像技术的基本原理及应用发展历程,并着重介绍了其在条纹结构投影三维成像技术中的应用工作。     

光机扫描红外成像系统的串扫、并扫体制比较

扫描体制对光机扫描型红外成像系统的性能和品质起着重要的作用。本文从ｌ／ｆ噪声、冷屏效果。多元探测器非均匀性对串扫、并扫两种体制的系统灵敏度影响作了分析、计算；从系统通带和探测器的缺陷对两种体制系统的成像质量的影响作了定性的分析；还对两种体制的相关技术、成本和可生产性等方面作了扼要的比较。从两种体制的分析、计算、比较中可以看出：串扫体制在系统灵敏度、成像质量以及相关技术、成本和可生产性等方面优于并扫系统。因此在设计光机扫描型红外成像系统时，应把扫描体制作为重要的因素加以考虑。作为产品的规划则更应重视扫描体制的选择。     

成像光谱技术发展及其应用

本文评述了成像光谱技术十年来的各种研究计划与发展应用现状。     

太赫兹(THz)成像的进展概况

评述了太赫兹射线成像的进展情况.太赫兹(THz)辐射介于微波和红外之间.与微波、X射线、核磁共振(NMR)成像相比,太赫兹成像不仅能给出物体的密度信息,而且能给出频率域的信息,以及在光频、微波和X射线范围内所不能给出的材料的转动、振动信息.太赫兹射线与其他频段的电磁波相比,它能量低,不会造成对生物样品的电离损伤,而且太赫兹射线很容易穿过介电材料,因而可以用于产品的安全监测.因此太赫兹成像技术在生物学、工业安全监测等方面有可能带来新的关键性的突破.     

2.52THz面阵透射成像系统改进及分辨率分析

太赫兹(THz)面阵成像具有成像速度快和像素多等特点,因此具有广阔的应用前景。成像系统的光路设计对成像质量具有很大影响。利用PyrocamⅢ热像仪作为面阵探测器,利用相干公司SIFIR-50连续太赫兹激光器作为成像光源,搭建太赫兹面阵实时成像系统,并通过多个离轴抛面镜和聚乙烯透镜对原有成像系统进行改进,以人民币水印、镂空金属板和分辨率板为目标进行实时面阵成像,获得了较为清晰的图像,通过与原有成像结果对比,验证了成像质量的提高,并通过分析成像结果对该成像系统的分辨率进行估计,该成像系统分辨率可以达到0.6 mm。     

一种用于单脉冲成像的自聚焦算法

本文针对单脉冲成像技术在实际处理中,鉴角曲线误差引起的方位分辨率下降问题,提出了一种用于单脉冲成像的自聚焦算法。算法通过迭代,自动从雷达接收数据中挑选孤立强散射点回波信号精确估计实际鉴角曲线,将其用于单脉冲成像处理中,实现图像方位自聚焦。仿真及实测数据处理结果表明,该方法能够有效降低测角误差对成像效果的影响,且对多数地貌场景数据具备鲁棒性,是一种实际可行的单脉冲成像自聚焦算法。