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线性渐变滤光片型多光谱成像光谱仪设计

激光与光电子学进展 2016年第1期53卷 241-247页

作者：王颖巩岩中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

设计了一种基于线性渐变滤光片（LVF）的多光谱成像光谱仪。针对工作波段为600~1100 nm 的LVF，设计了一个宽光谱扫描型LVF 多光谱成像光谱仪的成像物镜，总长不超过85 mm，畸变小于0.01%，全视场各波段Nyquist频率下调制传递函数优于0.... 详细信息

设计了一种基于线性渐变滤光片（LVF）的多光谱成像光谱仪。针对工作波段为600~1100 nm 的LVF，设计了一个宽光谱扫描型LVF 多光谱成像光谱仪的成像物镜，总长不超过85 mm，畸变小于0.01%，全视场各波段Nyquist频率下调制传递函数优于0.7，空间角分辨率可达1.02′。该多光谱成像光谱仪可以通过扫描和图像重构获得目标的准单色图像以及反射光谱。实验结果表明，该多光谱成像光谱仪的光谱分辨率与LVF 的光谱带宽相匹配，在600 nm处光谱分辨率可达9 nm。通过番茄成熟度辨别实验，验证了该多光谱成像光谱仪的成像性能。

关键词：光谱学多光谱成像光谱仪光学设计线性渐变滤光片

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基于成像光谱仪的光亮度精确测量方法研究

激光技术 2024年第2期48卷 166-170页

作者：王玉曾延安郑海霆苗丹华中科技大学光学与电子信息学院武汉430074

为了快速精确测量平板显示器的光亮度,采用基于线性渐变滤光片的成像光谱仪进行了理论分析和实验验证,讨论了以线性渐变滤光片为核心的成像光谱仪的原理、结构及应用特点,建立了光源光亮度-输出灰度值的数学转换模型,以及基于LED积分球... 详细信息

为了快速精确测量平板显示器的光亮度,采用基于线性渐变滤光片的成像光谱仪进行了理论分析和实验验证,讨论了以线性渐变滤光片为核心的成像光谱仪的原理、结构及应用特点,建立了光源光亮度-输出灰度值的数学转换模型,以及基于LED积分球光源和分光光谱辐射亮度计的成像光谱仪光谱定标与辐射定标装置,得到了目标的光谱立方体数据,并计算出目标各点的绝对光谱功率分布曲线。结果表明,测量显示屏的相对示值误差小于3%,达到了国标光亮度测量所规定的一级测量精度要求,实现了对面光源光亮度的快速精确测量。该研究为优化显示器行业的质量控制和产品调控提供了有利参考。

关键词：光谱学光亮度成像光谱仪线性渐变滤光片

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基于线性滤光片的微型高光谱成像技术

基于线性滤光片的微型高光谱成像技术

作者：张雪西安工业大学

学位级别：硕士

高光谱成像所获取的光谱数据立方体既能表征所探测空间的二维几何信息,又能表征地物在不同辐射波长的光谱本质,其图谱合一的优势以及优越的光谱分辨能力为分析目标属性提供了充分的数据信息,使得在空间图像中难以辨别的地物能够被检测,... 详细信息

高光谱成像所获取的光谱数据立方体既能表征所探测空间的二维几何信息,又能表征地物在不同辐射波长的光谱本质,其图谱合一的优势以及优越的光谱分辨能力为分析目标属性提供了充分的数据信息,使得在空间图像中难以辨别的地物能够被检测,目前已广泛应用于军事、农业、医学等多个领域。以线性渐变滤光片为分光器件的高光谱成像系统,由于其简洁、小巧的光学结构优势,有望实现微型化光谱成像系统,进而能够为军事背景下的便携式伪装目标检测任务提供有效的解决途径。本文设计并搭建了以线性渐变滤光片为核心的微型高光谱成像系统,在此基础上利用该系统获取的高光谱图像,研究了一种基于空间信息的伪装目标检测模型,取得了较好的检测效果。主要完成的工作如下:(1)针对微型化应用需求,基于高光谱成像理论设计了一种滤光片型成像光谱系统方案,并通过仿真计算确定了相应的光学系统参数,在此基础上完成了基于线性渐变滤光片的微型高光谱成像系统光路调试和搭建,实现了完整高光谱数据的采集。进一步,通过对所搭建的高光谱成像系统进行实验室系统定标,获取了光谱分辨率、中心波长等系统光谱响应参数,通过数据预处理完成了噪声去除和黑白校正。(2)针对高光谱目标检测应用需求,分别利用光谱角识别算法(Spectral Angle Mapping,SAM)、自适应余弦一致性评估算法(Adaptive Cosine Estimator,ACE)及约束能量最小化算法(Constrained Energy Minimization,CEM)等经典高光谱目标检测算法,在MATLAB平台上建立了相应的高光谱目标检测模型,并基于标准数据集和本文搭建的高光谱成像系统所采集的数据集,进行了模型性能分析和对比试验。实验结果表明,CEM算法的检测效果较好,其AUC值可达0.98以上。(3)为了进一步提高目标检测效率,本文基于稀疏表示算法从两方面研究了改进方法。一方面针对稀疏表示算法在构建字典时样本不确定性问题,研究了一种基于CEM的字典构建方法,通过利用CEM算法对目标和背景进行预检测,提高了字典的准确率。另一方面研究了一种基于空间加权的稀疏表示算法,通过对待检测目标点进行八邻域的空间信息加权,扩大了其感知范围,进而充分利用了高光谱数据的空间信息。实验结果表明,本文算法在多个数据集上的AUC值均可达到0.99以上,有效地提升了目标检测效率。综上所述,本文实现了500nm-800nm光谱范围内滤光片型高光谱成像系统的搭建及高光谱数据的采集,改进目标检测算法有效地提升了目标检测效率,其AUC值最高可达到0.9945。

关键词：线性渐变滤光片微型化稀疏表示约束能量最小化伪装目标检测

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可见-近红外线性滤光片研究

可见-近红外线性滤光片研究

作者：庞梦林西安工业大学

学位级别：硕士

随着光学技术的发展,光学系统的小微化受到人们越来越多的关注。线性滤光片又称线性渐变滤光片,是分光技术微型化的发展路径之一。相比传统分光棱镜、光栅等分光器件,线性渐变滤光片具有体积小、高透射率、高集成度等优点;相比多通道滤... 详细信息

随着光学技术的发展,光学系统的小微化受到人们越来越多的关注。线性滤光片又称线性渐变滤光片,是分光技术微型化的发展路径之一。相比传统分光棱镜、光栅等分光器件,线性渐变滤光片具有体积小、高透射率、高集成度等优点;相比多通道滤光片,又不需要利用化学方法进行拼接,线性渐变滤光片的制作工艺也更为简单。线性渐变滤光片作为微型分光元器件的应用,使得分光技术获得了飞速的发展。基于线性渐变滤光片的分光技术应用在诸如军事探测、大气监测、医疗分析等诸多领域中。因此研究其制备具有非常重要的应用价值。但作为高集成光谱探测器件,线性渐变滤片现阶段的研制无法系统化,同时还存在制备工艺复杂,研制周期长,成本高等问题。本论文针对高光谱相机采集系统的使用需求,围绕制备高质量的线性渐变滤光片开展了研究工作。对薄膜的沉积理论、线性渐变滤光片的膜系设计,制备技术和薄膜特性的测试进行了深入的理论分析和实验研究,制备出的线性渐变滤光片截止区的透射率均小于4%,不同波长的峰值透过率均大于80%,同时可在40mm长度上实现500nm～800nm光谱范围变化。首先系统性的研究电子束热蒸发源发射特性,利用余弦特性分析点源和面源的发射特性。用Mathcad15进行编程仿真建立修正挡板和相对膜厚的关系,仅通过较少次数的实验,设计优化出了线性渐变滤光片的TaO与Si O双挡板,制备出单层膜厚呈线性变化薄膜。其次从薄膜的基础理论入手,根据薄膜特征矩阵的计算,分析了窄带滤光膜系和干涉截止滤光膜系带宽、带外截止度的影响因素,结合线性渐变滤光片较小的通带、较宽的截止区域两大特点,对用于高光谱相机采集系统的线性渐变滤光膜系进行了设计工作。最后用莱宝镀膜设备进行线性渐变滤光片的制备工作,根据微小光斑的测试理论模型,改良了针对线性渐变滤片的测试设备,有效提高线性滤光片光谱测量的准确性,对制备样片的光学特性与非光学特性进行了测试与分析。测试数据表明:线性渐变滤光片在500nm～800nm工作范围内,截止区的透射率均小于4%,不同波长的峰值透过率均大于80%,对线性渐变滤光片光谱曲线产生的误差进行分析与讨论。为线性渐进滤光片的制备工艺提供了新方法和新思路。

关键词：光学薄膜线性渐变滤光片修正挡板 F-P结构程序仿真

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线性渐变滤光片的制备与测试

光学仪器 2006年第4期28卷 95-103页

作者：范滨李刚正程鑫彬王利王占山唐骐株式会社光驰同济大学物理系上海200092

线性渐变滤光片是一种在小型快速分光测试设备中广泛应用的光学薄膜器件。讨论了各种线性渐变滤光片的设计方法;给出了用离子辅助沉积(IAD)工艺制备线性渐变滤光片的膜厚修正方法;并分析了线性渐变滤光片光谱测试时,滤光片线性色散系数... 详细信息

线性渐变滤光片是一种在小型快速分光测试设备中广泛应用的光学薄膜器件。讨论了各种线性渐变滤光片的设计方法;给出了用离子辅助沉积(IAD)工艺制备线性渐变滤光片的膜厚修正方法;并分析了线性渐变滤光片光谱测试时,滤光片线性色散系数,测试光斑尺寸对其光谱特性的影响,给出了相应的测试方法和测试结果。

关键词：线性渐变滤光片线性色散系数测试光斑尺寸

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星载小型线性渐变滤光片型成像光谱仪设计

红外 2015年第12期36卷 1-7页

作者：李文杰王成良石斌斌欧阳琰彭赛阳空军预警学院湖北武汉430019

针对目前成像光谱仪在小卫星平台上的应用需求,设计了一种线性渐变滤光片型成像光谱仪。采用线性渐变滤光片作为分光器件,可实现结构小型化、缩短研发周期、减少研制成本,并能提高系统的空间分辨率、信噪比和可靠性。该方法适用于微纳... 详细信息

针对目前成像光谱仪在小卫星平台上的应用需求,设计了一种线性渐变滤光片型成像光谱仪。采用线性渐变滤光片作为分光器件,可实现结构小型化、缩短研发周期、减少研制成本,并能提高系统的空间分辨率、信噪比和可靠性。该方法适用于微纳卫星平台,因此具有良好的应用前景。通过总体设计确定了相关技术指标,并对其进行了分析和计算。在此基础上,对光学系统和分光系统的参数进行了设计。最后对系统的整体信噪比进行了分析。结果表明,该系统的成像性能优良,可满足观测需求,并达到了预期的设计目的,为下一步的系统实现提供了理论依据。

关键词：微纳卫星线性渐变滤光片成像光谱仪小型化空间分辨率

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基于线性渐变滤光片的成像光谱仪综述

红外 2015年第3期36卷 1-7页

作者：李文杰王成良郑新波石斌斌欧阳琰空军预警学院湖北武汉430019 上海卫星工程研究所上海200240

基于线性渐变滤光片的成像光谱仪具有结构紧凑、小型化、空间分辨率高等特点,现己成为成像光谱仪的发展方向。首先介绍了线性渐变滤光片以及相应成像光谱仪的概念与原理,然后对其优势和适用领域进行了分析,最后归纳了国内外的相关发展情... 详细信息

基于线性渐变滤光片的成像光谱仪具有结构紧凑、小型化、空间分辨率高等特点,现己成为成像光谱仪的发展方向。首先介绍了线性渐变滤光片以及相应成像光谱仪的概念与原理,然后对其优势和适用领域进行了分析,最后归纳了国内外的相关发展情况,并指出了其良好的发展前景。

关键词：线性渐变滤光片成像光谱仪 Geospectral相机 SVFIS

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基于成像光谱仪的光亮度精确测量方法研究

激光技术 2023年

作者：王玉曾延安郑海霆苗丹华中科技大学光学与电子信息学院

为了快速精确测量平板显示器的光亮度，采用基于线性渐变滤光片的成像光谱仪进行理论分析和实验验证，讨论了以线性渐变滤光片为核心的成像光谱仪的原理、结构及应用特点，建立了光源光亮度-输出灰度值的数学转换模型，建立了基于LED积... 详细信息

为了快速精确测量平板显示器的光亮度，采用基于线性渐变滤光片的成像光谱仪进行理论分析和实验验证，讨论了以线性渐变滤光片为核心的成像光谱仪的原理、结构及应用特点，建立了光源光亮度-输出灰度值的数学转换模型，建立了基于LED积分球光源和分光光谱辐射亮度计的成像光谱仪光谱定标与辐射定标装置，得到目标的光谱立方体数据，并计算出目标各点的绝对光谱功率分布曲线，实现了对面光源光亮度的快速精确测量。结果表明，测量显示屏的相对示值误差小于3%，达到了国标光亮度测量所规定的一级测量精度要求，为优化显示器行业的质量控制和产品调控提供了有利参考。

关键词：光谱学光亮度成像光谱仪线性渐变滤光片

基于双高斯的紧凑型偏振光谱成像光学系统设计与研究

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基于双高斯的紧凑型偏振光谱成像光学系统设计与研究

作者：亓晨陕西师范大学

学位级别：硕士

随着光学遥感技术发展,目标探测与特性识别在各种应用场景下的要求越来越高。基于更多维属性信息探测需求,出现了一种应用场景更为广泛、信息更加丰富的光学探测技术:偏振光谱成像技术。该技术将光谱成像技术与偏振成像技术融合,弥补了... 详细信息

随着光学遥感技术发展,目标探测与特性识别在各种应用场景下的要求越来越高。基于更多维属性信息探测需求,出现了一种应用场景更为广泛、信息更加丰富的光学探测技术:偏振光谱成像技术。该技术将光谱成像技术与偏振成像技术融合,弥补了传统光谱成像技术难以分辨“同谱异物”、“光谱伪装”的技术难点,可广泛应用于空间遥感、环境监测、目标侦察等领域。现有偏振光谱成像技术多采用分振幅、分孔径或分焦面系统实现偏振信息的获取,存在体积大、结构复杂、通道串扰、多维信息重构复杂等问题。因此,系统多维信息精确获取、结构轻小型化与信息重构简单的需求是偏振光谱成像技术发展的重要方向。本论文针对紧凑型偏振光谱成像技术展开研究,提出了一种基于渐变滤光与像素调制的偏振光谱成像技术原理,研制了样机系统,并对该系统进行总体设计与评价,同时进行样机实验室测试与野外实验,较好的满足了设计要求和应用目标。本论文基于上述问题与需求,主要展开了以下工作:对偏振光谱成像技术的原理与偏振信息获取理论进行研究,基于系统需求,选择线性渐变滤光片(Linear Variable Filter,LVF)作为系统的分光元件。分析LVF位于不同位置时对系统性能的影响,确定系统基本模型。针对该模型,研究目标光束经过系统调制后,出射光束的全链路数学模型,完善该系统的理论基础。研究了系统的总体技术路线:光学成像系统+LVF+像素级偏振调制探测器。以双高斯结构作为成像光学系统的初始结构,结合系统指标进行光学系统参数设计,借助zemax软件对光学系统进仿真与评价。研究线性渐变滤光片的滤光原理与分光特性,根据系统指标进行参数设计与滤光片性能分析,得到LVF的归一化透过率曲线图。进行像素级偏振调制探测器的耦合装配,在面阵CCD表面加装微偏振阵列,利用超级像元获取目标的四维偏振信息;随后在偏振探测器表面层层镀膜,加装线性渐变滤光片,与光学成像系统耦合,实现系统样机的研制。开展了原理样机的实验室性能测试以及户外应用实验。对不同参数针对性地1设计了实验,分析获取的数据并与系统需求指标进行对比,最终结果表明满足系统需求指标。在户外进行原理样机的验证实验,采集不同地物目标,对系统获取不同偏振态下的单色光、同一波长下不同偏振态以及系统伪彩色图像重构能力、系统探测分辨地物的能力进行分析,根据测得数据,验证了样机性能。

关键词：偏振光谱成像技术线性渐变滤光片像素偏振调制光学链路模型光学设计