检索结果-内蒙古大学图书馆

物理学报 2025年第8期74卷 143-152页

作者：文镇清李娟郝雄波畅晨光李洪波左浩璞傅頔冯玉涛中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049

大气风场在全球气候研究和空间探测中具有重要作用,多普勒差分干涉仪作为新型被动测风干涉仪,其通过测量大气气辉谱线的多普勒频移引起的相位变化量来反演大气风速,但环境温度波动会导致像面相对于干涉仪发生漂移,从而影响风场测量结果... 详细信息

大气风场在全球气候研究和空间探测中具有重要作用,多普勒差分干涉仪作为新型被动测风干涉仪,其通过测量大气气辉谱线的多普勒频移引起的相位变化量来反演大气风速,但环境温度波动会导致像面相对于干涉仪发生漂移,从而影响风场测量结果.本文提出一种在光栅上刻蚀周期性刻槽,并对其成像图案进行建模与全局拟合以实现高精度成像漂移检测的方法.对刻槽图像的信噪比及模型参数拟合误差对检测结果的影响进行仿真分析,结果表明,图像信噪比、刻槽数量拟合精度与刻槽宽度拟合精度是影响检测精度的关键因素,而刻槽图像边缘的平滑度的拟合精度对检测结果影响较小.在近红外多普勒差分干涉仪的热稳定实验中,通过对实验所测数据人为施加漂移量,并进行成像漂移监测,结果表明该方法能够实现9.96 nm的检测精度.此外,经成像漂移校正后的干涉图相位的局部振荡显著减弱,表明该方法能有效检测与校正成像漂移,显著提升干涉图像相位稳定性,为高精度风速测量提供了可靠保障.

关键词：大气风场测量多普勒差分干涉仪像面漂移检测全局拟合

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自由曲面非制冷红外离轴三反光学系统设计

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红外与激光工程 2025年第2期54卷 101-109页

作者：栗星王斌李锦鹏高荣毛祥龙中国科学院西安光学精密机械研究所超快光科学与技术全国重点实验室陕西西安710119 中国科学院大学北京101408 中国兵器工业试验测试研究院陕西西安710086 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术研究室陕西西安710119

基于非制冷型800×600分辨率长波红外探测器,采用自由曲面形式设计了一种自由曲面非制冷红外离轴三反光学系统。该系统的焦距为103 mm,F数为1.47,视场角为7.5°×5.6°,工作波段范围为8~12μm。采用XY多项式自由曲面设... 详细信息

基于非制冷型800×600分辨率长波红外探测器,采用自由曲面形式设计了一种自由曲面非制冷红外离轴三反光学系统。该系统的焦距为103 mm,F数为1.47,视场角为7.5°×5.6°,工作波段范围为8~12μm。采用XY多项式自由曲面设计的三片镜子进一步扩大了成像视场,解决了传统透射式红外光学系统视场角较小的问题。通过仿真计算确定了三片镜子的XY自由曲面面型,设计结果显示,在全视场范围内,该系统的光学传递函数在30 lp/mm处优于0.45,弥散斑直径小于一个像元尺寸,最大相对畸变小于3%,成像质量接近衍射极限。结果表明,该设计方案在提升红外光学系统的成像视场和成像质量方面具有明显的优势,对于无人机等空中目标的跟踪监视具有重要的意义。

关键词：光学设计自由曲面离轴三反非制冷红外成像光学系统

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基于多尺度注意力融合的叶绿素a水质参数反演研究

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光谱学与光谱分析 2025年第4期45卷 1190-1200页

作者：孙帮勇巩凯杰于涛别倩雯西安理工大学印刷包装与数字媒体学院陕西西安710048 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室陕西西安710119 莱茵技术监督服务(广东)有限公司广东广州510700

水资源是生态环境核心要素之一,目前大量的水域被工业化污染或富营养化破坏,因此实时监测水质参数对于维护水体健康至关重要。传统水质监测多利用实地采样测量法或基于线性回归预测法,由于遥感图像与水质参数之间显著的非线性特征,传统... 详细信息

水资源是生态环境核心要素之一,目前大量的水域被工业化污染或富营养化破坏,因此实时监测水质参数对于维护水体健康至关重要。传统水质监测多利用实地采样测量法或基于线性回归预测法,由于遥感图像与水质参数之间显著的非线性特征,传统方法费时费力且预测精度不高。深度学习方法在处理复杂非线性问题中表现出良好性能,已被多位学者应用到水质参数反演中。基于深度学习的水质反演模型仍存在解析遥感光谱图像特征不精确、模型泛化能力差等问题。提出一种基于多尺度注意力融合机制的水质反演网络模型,能够采用遥感光谱图像准确预测出叶绿素a等水质参数,为水域健康程度评价提供依据。该网络融合了先进的注意力机制和特征融合策略,通过结合CNN的局部特征学习优势和Transformer的全局特征提取能力,引入了DenseASPP模块来获取遥感图像的多尺度特征,并采用通道注意力解码器模块和池化融合模块来提取细节特征。通过融合不同尺度和层次的特征信息对叶绿素a浓度进行估计,获得了较高的反演精度和泛化性能。为验证所提出反演模型的性能,实验在Python3.7和PyTorch框架下对模型进行实现,并选择2021年1月至2022年12月的海洋遥感光谱图像和叶绿素a浓度数据进行网络训练。实验对所提出的方法与其他7种水质反演方法进行对比,客观指标所提出方法均达到了最好的性能,较对比方法中最好的在R2指标上提高了0.09,在RMSE、MAE、MAD指标上分别降低了11.99、0.089、0.029,在Evar指标上提高了0.098,在NSE指标上提高了0.041;在主观评价上,所提出方法获得的叶绿素a浓度更精确,误差更小,不同水域中表现的泛化能力更强。

关键词：水质反演叶绿素a 遥感光谱图像多尺度注意力融合

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基于VMD-DWT的干涉型光谱成像仪干涉图滤波方法

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光子学报 2025年第4期54卷 162-177页

作者：高翔宇李娟于粲刘润佳耿鑫王爽中国科学院西安光学精密机械研究所、中科院光谱成像技术重点实验室西安710119 陕西省光学遥感与智能信息处理重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049 河北省公安厅石家庄050000

为了更有效地分离出低频分量,提出了变分模态分解和离散小波变换联合滤波的方法。首先,通过皮尔逊相关系数法确定最优模态数;其次,对干涉图进行变分模态分解,筛选出能够表示低频分量的模态;然后,使用离散小波变换分离出模态中的残余信号... 详细信息

为了更有效地分离出低频分量,提出了变分模态分解和离散小波变换联合滤波的方法。首先,通过皮尔逊相关系数法确定最优模态数;其次,对干涉图进行变分模态分解,筛选出能够表示低频分量的模态;然后,使用离散小波变换分离出模态中的残余信号,得到低频分量;最后,用干涉图减去低频分量,获得高频信息。利用环境减灾二号A卫星高光谱成像仪进行实验验证,结果表明:该方法的空间维复原光谱相对均方根误差相比于拟合法和经验模态分解分别降低了11.10%和4.17%。变分模态分解和离散小波变换联合滤波有效去除了干涉图的低频分量,提高了复原光谱精度。

关键词：光谱学光谱成像干涉图滤波变分模态分解离散小波变换

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基于高光谱图像处理的陕西西安白杨寨晚唐墓M1373壁画颜料层研究

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光谱学与光谱分析 2025年第4期45卷 1036-1044页

作者：严静唐兴佳贺章王曾陈爱东张朋昌董文强高婧威陕西省考古研究院陕西西安710109 考古发掘现场文物保护国家文物局重点科研基地陕西西安710109 西北工业大学文化遗产研究院陕西西安710072 考古探测与文物保护技术教育部重点实验室(西北工业大学) 陕西西安710072 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术研究室陕西西安710119

2022年11月出土于陕西西安白杨寨晚唐墓M1373是一项保存较好的晚唐墓葬遗产,其多彩多姿的墓葬壁画对于研究晚唐时期的祭祀、礼仪、音乐、服饰、艺术等具有重要意义,特别是为研究唐宋之际的壁画风格题材转变提供了直接材料。然而,由于年... 详细信息

2022年11月出土于陕西西安白杨寨晚唐墓M1373是一项保存较好的晚唐墓葬遗产,其多彩多姿的墓葬壁画对于研究晚唐时期的祭祀、礼仪、音乐、服饰、艺术等具有重要意义,特别是为研究唐宋之际的壁画风格题材转变提供了直接材料。然而,由于年代久远,该壁画颜料层依旧出现了许多典型病害,如颜料脱落、起甲、泥水污染等,加之后续揭取会给壁画颜料层带来人为干预,这会使得壁画信息受到一定影响。为此,利用高光谱成像技术在壁画揭取之前进行一体化图谱信息获取,而后采用光谱分析与高光谱图像处理技术对壁画表面颜料层进行分析,并以乐舞图为例,研究该壁画绘制的颜料与工艺。实验结果表明:该壁画红色、黄色、绿色等颜料采用了传统的赭石、土黄/石黄、石绿等矿物颜料,且在绘制地毯花卉时,红色颜料和绿色颜料被大量稀释使用,而黄色颜料使用并不明显;壁画绘制时用墨色或硬笔起底稿,用红线勾勒,底稿线与表层勾勒线大多存在偏移,且有些区域勾勒线与底稿线偏移较严重,说明起稿和定稿之间有一定的改动;同时,部分区域底稿线较为明显,部分区域则不太清晰,通过高光谱图像处理方法,发现了隐藏于颜料层表面或勾线之下的起稿线;该壁画主要采用了分布式非重叠二维直视的画面布局方式,空间立体感稍差,但对于乐手手指和乐笛交汇的多个位置,有的出现了前景与背景图案非重叠的二维直视绘制方式,有的出现了少量前景与背景图案重叠的二维透视绘制方式,说明该壁画在绘制前和绘制时进行较好的布局设计,且未出现明显的涂改。此外,还发现该壁画存在一些隐藏的污水污染病害。上述研究为该壁画的现场保护方案制定和后续研究与保护修复等提供了数据资料、研究方法和初步结论支撑。

关键词：唐墓壁画光谱分析高光谱图像处理壁画颜料层壁画绘制工艺

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0级干扰抑制三通道高光谱偏振成像方法

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长春理工大学学报(自然科学版) 2025年第1期48卷 10-19页

作者：赵志澎刘闯王鹏冲刘涛李丽娟长春理工大学光电工程学院长春130022 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像重点实验室西安710019 长春理工大学中山研究院中山528400

提出了一种抑制声光可调滤波器0级杂散光干扰的高光谱偏振成像方法,结合窄带滤波和偏振滤波技术,构建了三通道的高光谱偏振成像系统,并进行了原理验证。基于该方法对自然树叶与人造树叶开展研究,分别利用偏振特征成像和高光谱特征分析... 详细信息

提出了一种抑制声光可调滤波器0级杂散光干扰的高光谱偏振成像方法,结合窄带滤波和偏振滤波技术,构建了三通道的高光谱偏振成像系统,并进行了原理验证。基于该方法对自然树叶与人造树叶开展研究,分别利用偏振特征成像和高光谱特征分析实现了真假树叶的鉴别;选取540 nm和632 nm两个波长通道对室外环境下的楼体进行成像,相比于强度成像,利用线偏振度和偏振角信息较好地提取了楼体的轮廓和边缘特征,提高了成像对比度,所提出的方法能够为高光谱偏振实时成像技术的发展提供参考。

关键词：高光谱偏振成像实时成像声光可调滤波器光谱分析成像系统

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双滤波高光谱成像系统的色差和畸变校正作用

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长春理工大学学报(自然科学版) 2025年第1期48卷 73-82页

作者：田瑶刘闯王鹏冲赵志澎李丽娟长春理工大学光电工程学院长春130022 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像重点实验室西安710019 长春理工大学中山研究院中山528400

针对传统声光可调滤波器高光谱成像系统在光谱分辨率和图像质量方面的限制,提出采用串联两个AOTF的方法构建双滤波高光谱成像系统,对该系统在提升光谱带宽、减小色差、校正图像畸变及提高图像对比度等方面的改善作用进行研究。在光谱带... 详细信息

针对传统声光可调滤波器高光谱成像系统在光谱分辨率和图像质量方面的限制,提出采用串联两个AOTF的方法构建双滤波高光谱成像系统,对该系统在提升光谱带宽、减小色差、校正图像畸变及提高图像对比度等方面的改善作用进行研究。在光谱带宽研究方面,分析了串联AOTF高光谱成像系统的双滤波作用机制,给出光谱带宽随声光频率的变化规律;在色差研究方面,建立声光晶体外衍射角与图像偏移量间的映射关系,利用双滤波技术有效地减小了由色差引起的图像漂移;在图像畸变研究方面,采用TV畸变对图像畸变程度进行表征,分别获得了单AOTF与串联AOTF系统的畸变量为-0.82%和-0.44%;在图像对比度研究方面,利用对比度传递函数进行表征,获得串联AOTF系统的成像对比度接近于1。上述研究结果表明,基于串联AOTF构建的双滤波方法对高光谱成像系统的成像质量具有明显的改善作用,研究成果能够为高光谱成像技术的发展提供有价值的参考。

关键词：声光可调滤波器光谱成像系统光谱带宽成像质量

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高精度线扫式光谱共焦位移传感器光学系统设计

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光谱学与光谱分析 2024年第10期44卷 2900-2908页

作者：杨伟光张周锋齐美捷闫佳悦程默涵中国科学院光谱成像技术实验室中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 中国科学院大学北京100049

光谱共焦位移传感器是一种新型几何量精密测量传感器,具有高精度,高效以及非接触的技术优势,目前被广泛应用于微观或宏观几何量的精密测量。传统的几何量测量传感器采用接触式机械探针,对物体表面造成损伤,难以满足现代化制造业无损测... 详细信息

光谱共焦位移传感器是一种新型几何量精密测量传感器,具有高精度,高效以及非接触的技术优势,目前被广泛应用于微观或宏观几何量的精密测量。传统的几何量测量传感器采用接触式机械探针,对物体表面造成损伤,难以满足现代化制造业无损测量的需求。不同于传统的光学系统需要校正轴向色差,光谱共焦位移传感器利用轴向色差建立位移和波长之间的关系。然而目前针对光谱共焦位移传感技术的研究大多集中于点扫式,仅能获取单个点位的几何量信息,在实际应用中需要较大区域的精密测量,故而效率受到极大的限制,并且对后端数据处理要求较高,数据重构较为繁琐。针对该技术弊端,设计出一种线扫式光谱共焦位移传感器系统,达到了亚微米的分辨率。对线扫式光谱共焦位移传感器进行原理分析,开展了大量程色散物镜、高光谱分辨率成像光谱仪的详细设计。通过对色散物镜和成像光谱仪光路结构的优化及像差的平衡,使得全系统各视场RMS半径小于5.5μm,得到了很好的成像质量。结果表明,全系统在扫描线长10 mm,轴向量程范围3 mm,分辨率达到0.8μm。该研究在高效、高精度几何量精密测量领域具有广阔的应用前景。

关键词：精密测量光谱共焦色散物镜

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基于衍射理论的哈达玛编码光谱成像数据重构

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物理学报 2022年第9期71卷 112-121页

作者：刘文龙刘学斌王爽严强强中国科学院西安光学精密机械研究所中国科学院光谱成像技术重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049

哈达玛变换光谱成像技术是一种在不牺牲分辨率的情况下,通过多通道复用的方法增加光学系统光通量,使得系统信噪比显著高于传统成像的新型计算光谱成像技术.本文针对系统成像过程中数字微镜器件衍射造成的图像降质问题,建立了基于标量衍... 详细信息

哈达玛变换光谱成像技术是一种在不牺牲分辨率的情况下,通过多通道复用的方法增加光学系统光通量,使得系统信噪比显著高于传统成像的新型计算光谱成像技术.本文针对系统成像过程中数字微镜器件衍射造成的图像降质问题,建立了基于标量衍射理论的哈达玛编码光谱成像图谱数据退化模型,提出以Lucy-Richardson(L-R)算法为核心的重构数据修正算法,提高重构数据立方体的图像质量和光谱精度.通过对成像过程的模拟和重构算法的仿真实验,数字化生成了系统成像衍射降质的物理过程,并验证了本文所采用修正方法的有效性.经过L-R修正之后的复原数据立方体的光谱角距离评价结果为0.1296,图像相似度评价因子优于0.85,相比修正前的重构数据质量有较大提升,表明算法对哈达玛编码光谱成像数据的重构及修正具有较好的效果.

关键词：哈达玛编码光谱成像图像衍射降质数据重构光谱修正

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多普勒差分干涉仪干涉图信噪比对相位不确定度研究

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物理学报 2020年第1期69卷 234-241页

作者：孙晨冯玉涛傅頔张亚飞李娟刘学斌中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049

多普勒差分干涉仪通过测量干涉图相位变化反演大气风速.干涉图信噪比是工程应用中影响测风干涉仪相位反演精度的核心指标之一,基于观测数据分析多普勒差分干涉仪中相位不确定度与干涉图信噪比之间的定量关系建立解析模型,对仪器设计、... 详细信息

多普勒差分干涉仪通过测量干涉图相位变化反演大气风速.干涉图信噪比是工程应用中影响测风干涉仪相位反演精度的核心指标之一,基于观测数据分析多普勒差分干涉仪中相位不确定度与干涉图信噪比之间的定量关系建立解析模型,对仪器设计、性能评价及风场数据应用具有重要意义.本文基于傅里叶变换光谱学噪声传递理论和多普勒差分干涉仪相位反演模型,建立干涉图信噪比与相位不确定度传递的理论模型.利用多组不同信噪比仿真及实验实测数据,将相位反演模型计算的统计结果与本文提出的理论模型分析结果进行比较验证,结果表明,多组实验数据平均残差小于0.07 mrad,两者的一致性较好,建立的模型为多普勒差分干涉仪效能评估、干涉仪设计优化提供理论依据.

关键词：相位反演多普勒差分干涉仪大气风场探测光子噪声

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