成像光谱技术
主题关键词： 光谱仪成像光谱仪
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超宽谱段高分辨率中阶梯光栅光谱仪的光学设计
摘要：为了实现超宽谱段与高分辨率特点兼具的中阶梯光栅光谱仪系统，提出了一种光路结构设计，并针对其深紫外波段的有效探测方法进行了研究及验证。该光路结构结合准Littrow结构与C-T结构的优势，保证了色散光路具备高衍射效率，同时很好地抑制了杂散光。在有限可选光学材料下，采用多重评价优化方式获得中阶梯光栅光谱仪的光学结构参数。通过加入由球透镜及柱透镜组成的校正结构，有效地校正了像差，提高了光谱分辨率。最后，针对深紫外波段探测的解决方案进行模态分析，验证了所设计方案的可行性。最终在160~1 000 nm的超宽波段范围内，成像光斑的RMS值优于12.1 µm，在257.61 nm处的光谱分辨率优于0.009 nm，能够满足超宽谱段、高分辨率检测系统的色散分光需求。关键词：光学设计;中阶梯光栅光谱仪;超宽谱段;高分辨率1079|1813|5<HTML><网络PDF><WORD><Meta-XML>更新时间：2021-02-04基于多项式拟合的中阶梯光栅光谱仪谱图还原
摘要：为了基于中阶梯光栅光谱仪特殊的二维原始光谱图像实现各波长与其强度信息的一一对应，进而得到可以直接读取所需波段或波长光信号强度信息的一维光谱曲线。对其原始光谱进行分析研究，通过获得接收像面上各波长光斑位置与探测器像元的精确对应关系，实现谱图的还原处理。采用多项式拟合方法分别对中阶梯光栅光谱仪的棱镜色散方向和光栅色散方向上光斑的位置坐标进行拟合，建立起波长与像面之间的关系式，为减小光线追迹数量，同时采用级次间拟合的方式建立谱图还原模型。实验结果表明：通过该方法，可实现快速、高精度的谱图还原模型建立，模型的计算误差最大为0.023 92 mm，即谱图还原精度优于1个像元。该算法具有较强的灵活性和普适性，适用于各类中阶梯光栅光谱仪的谱图还原模型计算。关键词：中阶梯光栅光谱仪;谱图还原;交叉色散;多项式拟合;光线追迹852|967|6<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-08-14基于数字微镜器件的中阶梯光栅光谱仪的光学系统设计
摘要：研究了一种基于数字微镜器件（DMD）具有新型光路结构的中阶梯光栅光谱仪，并采用新的谱图信息接收方式来降低其使用成本和数据处理过程的复杂程度。将具有单波长选通功能的DMD与一维探测器光电倍增管（PMT）相结合接收中阶梯光栅光谱仪的光谱信息，在降低仪器成本的同时将中阶梯光栅光谱仪谱图还原算法与DMD扫描驱动算法相整合，提高了算法效率。由于DMD的填充因子比CCD稍低，该类光谱仪对成像质量和能量集中度提出了更高的要求。本文根据DMD型中阶梯光栅光谱仪特点，在有限的可挑选的光学材料下，采用多重优化的方式合理设计了中阶梯光栅光谱仪准直镜、中阶梯光栅、棱镜、聚焦镜等各个光学元件的光路结构参数，并且在Czerny-Turner结构中加入校正透镜和场镜，校正了系统所有像差，提高了整个光学系统的成像质量和光谱分辨率。最终设计的光谱仪系统分辨率达0.01 nm，单个微反射镜内的光斑能量聚集度达到70%。关键词：中阶梯光栅光谱仪;光学设计;数字微镜器件;光电倍增管598|1276|13<HTML><网络PDF>更新时间：2020-07-07Offner成像光谱仪的消像差技术
摘要：介绍了基于同心结构的Offner成像光谱仪光学系统的工作原理、结构特点及优势，综述了Offner型成像光谱仪在国内外的研究进展。较详细地介绍了国内外目前常用的三种消像差方式，即通过改变光学元件装调结构实现消像差，基于单光栅像差理论的解析方法进行消像差以及通过设计凸面全息光栅来提高光谱图像的分辨率。文中总结了Offner成像光谱仪存在的关键问题及发展趋势，强调该系统需要解决的问题的是消除系统像差，提高系统光谱分辨率、空间分辨率和对弱信号的探测能力，其发展方向为更高的分辨率和探测能力以及系统的小型化和轻量化。基于对Offner成像光谱仪的研究，文中提出了一种从凸面全息光栅与光谱仪一体化设计的角度进行消像差的思路。关键词：Offner成像系统;成像光谱仪;像差校正;凸面全息光栅767|1005|4<HTML><网络PDF>更新时间：2020-07-07大孔径面视场PG成像光谱仪的光学设计
摘要：针对成像光谱仪通过狭缝进行线视场成像时存在的孔径较小、光学透过率较低等问题，研究了一种基于棱镜-光栅型分光结构的大孔径面视场成像光谱仪。该棱镜-光栅成像光谱仪采用表面浮雕型透射光栅，极大地降低了光栅的制作难度与成本。大孔径面视场的成像光谱仪相较于线视场成像光谱仪有较高光学效率和时间效率。但是面视场成像光谱仪的色畸变与谱线弯曲较难校正。本文将前端望远系统与分光系统进行一体化设计，满足远心光路匹配和孔径匹配，较好地校正了面视场光谱成像系统中的谱线弯曲和色畸变。并且通过加入非球面反射镜及校正镜很好的校正了由于大孔径面视场所引入的非对称性离轴像差。结果表明，设计的大孔径面视场PG成像光谱仪光谱波段范围400~1 000 nm，光学调制传递函数达到0.65以上，光谱分辨率达2.5 nm，全谱段不同视场的谱线弯曲小于5μm，色畸变小于8 μm。关键词：成像光谱仪;大孔径;面视场;谱线弯曲;色畸变640|1074|0<HTML><网络PDF>更新时间：2020-07-07中阶梯光栅光谱仪波段范围校正装置
摘要：为了保证中阶梯光栅光谱仪能够具有足够的波段范围，设计了一套校正装置，对该校正装置的校正原理、波段校正范围、校正分辨率等问题进行了讨论和研究。首先，对中阶梯光栅光谱仪的光学元件进行了公差分析，并介绍了自动光谱校正的原理和流程。选定聚焦镜作为调整环节并根据CCD接收器像面的利用情况给出了调整分辨率要求，然后设计了校正装置，并对校正装置的分辨率进行了理论计算。最后，对校正装置的校正效果进行了实验验证。实验结果表明：校正装置在方位方向的校正分辨率可达0.006 25°、俯仰方向的分辨率可达0.006 25°、前后方向的分辨率可达0.005 mm。校正装置可以将10像素的波段偏移调整回CCD正常接收范围内，从而保证光谱仪器的全谱段波段范围。关键词：中阶梯光栅光谱仪;自动光谱校正;波段范围335|373|0<HTML><网络PDF>更新时间：2020-07-07中阶梯光栅光谱仪自动化波长提取算法
摘要：基于质心提取的线性拟合法，提出了一种自动化快速处理中阶梯光栅光谱仪谱图的方法，解决了中阶梯光栅光谱仪无法直接通过交叉色散形成的二维光谱图标定入射光波长的问题。根据中阶梯光栅光谱仪光谱图背景光的分布特点，采用背景扣除法处理光谱图，提高了后续光谱图光斑提取算法的运算效率。利用基于质心的曲线拟合中心定位算法，将光斑位置的提取精度提高到亚像素量级。建立了中阶梯光栅光谱仪理论谱图与实际二维谱图的自动匹配模型，并根据光栅的线性色散特性，采用插值法计算谱图还原模型中未列出的坐标位置处的波长。实验结果表明：该算法对整个谱图的处理时间不超过3 s，波长提取精度达10-2 nm，不仅实现了中阶梯光栅光谱仪波长的自动化提取，还提高了波长提取精度。关键词：中阶梯光栅光谱仪;二维光谱图;波长提取;质心提取;自动匹配275|654|0<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-08-13医用显微成像光谱仪的光谱定标技术
摘要：为了能对自主研制的脑肿瘤手术医用显微成像光谱仪进行光谱定标,设计了由单色仪、钨灯光源、棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪及手术显微平台组成的光谱定标系统。采用单色仪波长扫描法,自主开发了相应的光谱定标系统软件,获得了显微成像光谱仪全谱段的光谱数据,完成了数据处理和分析等工作。通过调整光路、单色仪定标、成像光谱仪定标3个步骤实现了系统的光谱定标。定标结果表明:显微成像光谱仪的光谱区大于400~900 nm;定标精度高于0.1 nm,光谱分辨率高于3 nm,各项特征指标均高于设计指标。测试验证实验表明,所建立的光谱定标系统定标精准,结构简单、紧凑,操作简单,符合显微成像光谱仪的实际临床应用要求。关键词：医用成像光谱仪;显微成像光谱仪;光谱定标;单色仪332|749|0<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-08-13中/长波红外双衍射级次共路Offner成像光谱仪
摘要：为提高成像光谱仪的工作波长范围, 提出了基于双波段焦平面探测器(FPAs)的双衍射级次全共路Offner成像光谱仪结构。该结构中凸面光栅的一级衍射光和二级衍射光完全重叠共路传输, 并可由焦平面处的双波段红外焦平面探测器IR FPAs实现级次的自然分离和同时探测。分析了该结构的工作原理和设计方法, 基于几何光线追迹法仿真了谱线弯曲和色畸变特性, 基于Huygens点扩散函数(PSF)仿真了光谱响应函数(SRF)并导出了光谱带宽。实验显示:双衍射级次共路Offner成像光谱仪的工作波段为3~6 μm(二级衍射)和6~12 μm(一级衍射), 谱线弯曲和色畸变均小于0.5个像元宽度, 光谱带宽分别为13.2~14.3 nm(二级衍射)和28.3~33.3 nm(一级衍射), 两个工作波段内的衍射效率均大于或等于20%。整个系统结构简单紧凑、光谱范围宽, 满足对地物或深空目标的中等分辨率的中远红外光谱探测需求。关键词：成像光谱仪;双衍射级次;共光路探测;双波段红外焦平面探测器(IR FPAs)327|407|0<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-08-13机载宽视场大相对孔径成像光谱仪
摘要：根据宽视场大相对孔径成像光谱仪的应用要求和技术指标,采用离轴Schwarzschild望远成像系统和双Schwarzschild光谱成像系统匹配的结构型式,设计了一个视场为28°、相对孔径为1/2.5、工作波段为0.4~1 μm的机载成像光谱仪光学系统;根据双Schwarzschild光谱成像系统的像散校正条件计算了初始结构参数.然后,利用光学设计软件ZEMAX-EE进行了光线追迹和优化设计,并对设计结果进行了分析与评价. 结果显示:光谱成像系统中心波长和边缘波长88%以上的能量集中在一个探测器像元内;谱线弯曲和谱带弯曲均小于像元的5%,便于光谱和辐射定标;成像光谱仪全系统在各个波长的光学传递函数均达到0.59以上,完全满足设计指标要求.该成像系统体积小、重量轻,非常适合航空遥感应用.关键词：光学设计;成像光谱仪;离轴Schwarzschild望远成像系统;双Schwarzschild光谱成像系统;海洋水色266|733|0<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-08-13
