阵列探测器在成像光谱偏振探测技术中的应用
阵列探测器在成像光谱偏振探测技术中的应用
李芮;李晓;王志斌;黄艳飞;王耀利;张瑞
【摘要】In order to apply near-infrared focal plane array detectors in imaging spectrometer polarization instruments to get the high-quality image information , a new type of imaging spectrometer detection techniques on basis of near -infrared focal plane array detectors was proposed combining with a photo-elastic modulator-based imaging spectro-polarimeter ( PEM-ISP) .A FPA-640 ×512 InGaAs focal plane array detector was used as an optical detector receiving element and a high -speed field-programmable gate array ( FPGA ) was used as the signal processing unit to get fast acquisition and parallel processing of the optical signal and meet the other requirements of the high-speed, real-time signal transmission and processing .The data collected by the high-speed A/D was storaged in the expanding outside SRAM of the FPGA in order to ensure the data integrity .And then, the data was ultimately transmitted to the host computer via USB for image restoration . The experimental results show that the system can be applied to PEM-ISP, achieve accurate detection and acquisition of the measurement signals and get complete image information .%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-640×512 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。
【期刊名称】《激光技术》
【年(卷),期】2014(000)006
【总页数】4页(P822-825)
【关键词】成像系统;三弹光调制器;成像光谱偏振探测技术;现场可编程门阵列
【作者】李芮;李晓;王志斌;黄艳飞;王耀利;张瑞
【作者单位】中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，太原030051;
中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，太原030051;中北大学山西
省光电信息与仪器工程技术研究中心，太原030051;中北大学山西省光电信息与
仪器工程技术研究中心，太原030051;中北大学山西省光电信息与仪器工程技术
研究中心，太原030051;中北大学山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，太
原030051
【正文语种】中文
【中图分类】TN215;O436.3
成像光谱仪和成像偏振仪是近些年来发展起来的两类光电传感器，成像光谱仪能够获得测量目标的图像信息以及光谱信息，成像偏振仪能够获得测量目标的图像信息以及偏振信息，将光谱探测功能和偏振探测功能集成到一个成像仪中则可以得到一
类新的光电传感器，即成像光谱偏振仪［1］。这种成像光谱偏振仪在生物医学、测量、工农业、环境监测、天文学、军事科学等领域均具有较高的应用价值［2］。2013年中北大学WANG等人提出三弹光差频调制偏振测量技术，是将3个弹光
调制器（photoelastic modulator，PEM）分别工作在不同的频率上，以实现对
被测光的差频调制，与传统的弹光调制偏振测量技术相比，该方法在保留其原有优点的同时，大大减小了调制后的光电流频率，使其可与普通面阵探测器实现很好的匹配［3］。本系统在实现目标探测功能中使用的高分辨率近红外焦平面阵探测器，可使整个系统具有较高的探测率和精确度［4］。由于现场可编程门阵列（field programmable gate array，FPGA）采用并行方式处理数字信息，使用FPGA实现探测器的时序控制，可满足系统高精度的要求，且设计灵活，程序和模块可移植性强［5-7］。因此，本文中结合弹光调制型成像光谱偏振探测（photo-elastic modulator-based imaging spectro-polarimeter，PEMISP）技术，提出了一
种基于FPA-640×512 InGaAs焦平面阵列探测器，以FPGA作为信号处理单元的成像光谱偏振探测技术，以得到近红外区域光源的图像信息、光谱信息以及偏振信息。
PEM-ISP系统图如图1所示。本系统中采用反射式光学成像系统，此成像方法光
路简单、波长范围大、色差小，可以很好地降低系统本身对偏振光测量产生的影响；三弹光差频调制部分由3组弹光调制器PEM1，PEM2，PEM3构成，3组弹光调制器分别工作在数值略有差异的3个频率ω1，ω2和ω3上，其中PEM2与
PEM3放置在PEM1前，PEM3与PEM1平行，PEM2与PEM1成45°，以实现
对偏振光的差频调制，并产生载有被测目标偏振信息的低频调制分量（0；ω1－
ω2；2ω1－2ω3），再通过相应的锁相放大技术，以弹光调制器的驱动信号作为参考信号，就可以从探测器的输出信号中一次测量获得Stokes矢量中的S＝（s1，s2，s3）；声光可调滤光片（acousto-optic tunable filter，AOTF）是利用声光
衍射原理制成滤光片，用于成像，这里通过同步控制技术，使AOTF在一次调制
周期内固定在某一个探测波段，当AOTF完成一次全波段调谐后，系统即完成对
目标的图像、光谱以及偏振信息的测量［1，3，8-9］。
本系统采用FPA-640×512 InGaAs焦平面阵列探测器作为光学信号探测接收元件，采用高速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，采
用高速A／D将FPGA控制探测器时序得到的模拟信号转换为数字信号，并存储
到FPGA外扩的静态随机存储器（static RAM，SRAM）中，数据最终通过通用
串行总线（universal serial bus，USB）传至上位机，上位机通过LabVIEW实现图像还原。系统整体设计图如图2、图3所示。
2.1 探测器外围电路设计
FPA-640×512 InGaAs焦平面阵列探测器波长范围为0.9μm～1.7μm，输出电压范围为1.6V～4.8V，640×512的像素点使其具有较高的分辨率和精度。探测器共28个引脚，其中RESET_B，CLK，LSYNC，FSYNC，DATA，FIELD引脚引出，
接到FPGA的I／O口上，便于对探测器进行时序控制；TEC－以及TEC＋引脚引出，便于对探测器进行温度控制，确保探测器工作于较为安全的温度环境；VOUTREF引脚为探测器输出参考电压引脚，通过滑动变阻器实现外接1.6V电压
输入；VOS引脚为略读控制电压引脚，电压输入范围为1.6V～5.5V，应与探测器寄存器中OE-EN位配合使用，这里通过滑动变阻器实现3.6V电压输入；VDETCOM引脚为探测器基准电压引脚，电压输入范围为2.7V～5.5V，VREF引
脚为CTIA放大器参考电压引脚，电压输入范围为2.2V～3.2V，这两个电压共同
作用决定探测器偏置电压，这里分别通过滑动变阻器实现3.2V以及2.6V电压输入；探测器可选1路、2路、4路信号输出，这里选用1路输出模式，由OUTA
引脚输出，其它输出引脚悬空。具体电路图如图4所示。
2.2 A／D模块电路设计
A／D模块采用了ADI公司生产的12位高速A／D转换器AD9220，其最高采样速率可达10MHz， AD9220有直流耦合和交流耦合两种输入方式，系统设计采用直流耦合、0V～5V电压的输入方式，采用内部2.5V参考电压，由于系统垂直分辨率只需255级，故采用AD9220的高8位［10］。具体电路图如图5所示。FPA-640×512 InGaAs探测器有默认模式以及控制模式两种工作模式，在默认模式下，设备为标准的640×512格式成像、1路输出、全帧隔行扫描、正常扫描顺序；在控制模式下，FPGA通过设备内部的串行控制寄存器，将一系列命令发送到设备中，此时允许访问设备所有高级功能，可选窗大小、输出模式、扫描顺序等。这里选用控制模式，并通过FPGA控制探测器DATA引脚，在每个帧信号上升沿后3个时钟周期，向探测器中写入一系列命令，将探测器设置为标准640×512成像格式、1路输出、非隔行扫描、正常扫描顺序等。RESET_B信号用于控制探测器复位，应在power up时使其保持低电平，power up后将其拉高。FIELD信号用于全帧隔行扫描模式下，控制奇数场以及偶数场扫描，本系统中采用非隔行扫描模式，故使其保持低电平即可。CLK，LSYNC，FSYNC信号根据帧时间Tf以及行时间Tl计算公式进行控制：
式中，M为行数，N为列数，Ta为模拟设置时间。通过quartus II对上述时序控制工程进行仿真，截取其中部分仿真图如图6所示。
系统中采用256kbyte×16高速SRAM芯片IS61LV25616，并在数据前后分别插入两个字节的标识符，便于LabVIEW取得完整的1帧数据。在Lab-VIEW程序中，首先通过while循环从USB读取2帧大小的数据，以确保所读取数据中含有完整的1帧；通过查找的方式找到帧头和帧尾标识符后，将数据排列成数组，并在前面板进行图像还原。在这里做了相关的成像实验，获得的图像如图7、图8所示。
通过图像可以看出，FPA-640×512 InGaAs焦平面阵列探测器成像效果良好、分
辨率较高，证明了其在此成像光谱偏振探测技术中应用的可行性。
提出了FPA-640×512 InGaAs焦平面阵列探测器在结合PEM-ISP的成像光谱偏
振探测技术中的应用，并对PEM-ISP进行了简要介绍。在对近红外焦平面阵列探测器的结构和特点进行了分析的同时，着重介绍了近红外焦平面阵列探测器的硬件驱动电路以及时序设计部分。通过实验可以证明此近红外焦平面阵列探测器对测量目标具有良好的探测率和分辨率，并且可以成功应用于PEM-ISP中，完成对测量目标的图像等信息的测量。
【相关文献】
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论文水下光电成像技术简介
水下光电成像技术简介 激光距离选通成像技术是当前国内外不断发展且应用有效的水下光电成像技术之一,国外20世纪90年代后陆续公开了一些水下光电成像探测系统和实验结果。结合海洋资源勘探、水下救援和侦察等应用领域的需求,全面介绍并对比分析了当前国内外典型水下激光距离选通成像装置和性能水平,讨论了其技术特点,对水下激光距离选通成像技术的发展和装置应用具有意义。 激光距离选通成像技术是当前国内外不断发展且应用有效的水下光电成像技术之一,国外20世纪90年代后陆续公开了一些水下光电成像探测系统和实验结果。结合海洋资源勘探、水下救援和侦察等应用领域的需求,全面介绍并对比分析了当前国内外典型水下激光距离选通成像装置和性能水平,讨论了其技术特点,对水下激光距离选通成像技术的发展和装置应用具有意义。 我国宽广的海域具有丰富的资源，但由于与周边国家存在一些海域的归属争议，特别是近年来对能源的需求和国际势力的插手，更加剧了我国周边海域出现战事争端和资源争夺的可能。针对深海资源开发、海洋科研以及水下工程作业、考古和救援的迫切需求，研究适合载人潜水器、遥控潜水器、自治式潜水器、水下滑翔器、水下救援等高分辨力水下目标探测、观察、定位和分析技术成为国内外研究的重要方向。目前水下成像探测技术主要有声探测和光电探测两种途径。声探测技术探测距离较远，但成像的空间分辨力较差，难以完全适应高分辨力成像的需要；光电成像探测技术分辨力高，但由于光线在水中快速衰减，在一定深度以下往往需要辅助照明，且由于照明光后向散射的影响，使得人眼直接观察以及传统连续照明电视成像的有效作用距离较短，因此，提高水下光电成像系统的作用距离和细节分辨能力需要采用特殊的光电成像方法。本文将重点分析国内外水下光电成像技术与系统研究进展，特别是激光扫描成像、偏振成像等几种特殊的水下光电成像技术，希望对国内有关方面的研究具有参考作用。 1 几种水下光电成像技术与系统 国外从20世纪70年代开始主被动水下光电成像探测技术的研究，90 年代后陆续公开了一些水下光电成像探测系统和实验结果。由于光在水下传输的衰减和后向散射是限制水下光电成像系统作用距离的主要因素，在纯净水和清澈的海水中，蓝绿光透射比最大，因此成为当前水下光电成像的主要传输窗口。水下光电成像技术研究的重点是提升成像的对比度，提高水下观察距离和细节分辨能力。除了常规连续光照明水下电视系统外，目前其它 有效的水下光电成像技术可分为以下六类：时间区分/距离选通光电成像技术、空间区分/激光同步线扫描技术（LLS）、偏振光成像技术、结构光成像技术、调制/解调去除散射光技术和多视角图像构造技术。 1.1 时间分辨/距离选通光电成像技术 脉冲激光照明＋选通光电成像结合的激光距离选通光电成像技术是当前最有效的水下光电成像技术之一，国外已成功将其应用于ROV、AUV 平台以及水下救援装备，国内也有相关的实验系统研制[。 随着激光器和选通成像器件技术的发展，系统性能得到不断提高，作用距离达到水下连续照明光电成像系统的3～5 倍以及潜水员在自然光照射下水下观察距离的6～10倍。有关内容可参见本文上部。 1.2 空间分辨/激光线扫描（LLS）技术 激光线扫描水下成像技术是一种利用准直线阵激光与瞬时视场很窄的接收器间同步扫描成像技术，其介于早期的点激光二维扫描以及距离选通成像之间，相对于点激光扫描提高了成像速度，相对于距离以往的LLS技术采用连续（CW）的蓝绿激光器作为光源，其缺
光电探测器以及光电探测器阵列的研究与应用
光电探测器以及光电探测器阵列的研究与应 用 光电探测器是指用于探测光信号的电子元件。目前光电探测器已经广泛应用于科学研究、医学、军事、通信、制造业等多个领域。随着该技术的持续发展，光电探测器阵列已成为研究的重点之一。 光电探测器的种类 光电探测器按照其所使用的探测材料不同，可以分为两类：半导体型光电探测器和真空管型光电探测器。 半导体型光电探测器主要由半导体材料组成，常用的半导体材料有硅、锗和化合物半导体（如氮化镓、砷化镓等）。半导体型光电探测器具有响应速度快、噪声小等优点，目前已成为主流。 真空管型光电探测器常用的是光电倍增管，它由光电阴极、倍增部件和阳极组成。真空管型光电探测器具有灵敏度高、稳定性好等优点，但是价格相对较高，广泛应用于一些特殊领域，如核物理学、天文学等。 光电探测器阵列的研究与应用 光电探测器阵列是指通过多个光电探测器组合而成的探测器，它可以同时探测多个光信号，适用于高精度成像、光谱分析、光学通信等场景。随着光学技术的快速发展，光电探测器阵列已经成为光电技术中的重要工具。 在太空探测方面，光电探测器阵列已经成为航天器上必不可少的组成部分。例如在欧空局的ROSITA航天器中，光电探测器阵列被用来探测来自宇宙的X射线辐射。
在医学领域，光电探测器阵列被广泛应用于荧光成像和光学相干断层扫描（OCT）成像。这些技术被用于研究生物活动的细节，有助于深入了解生命体的结构和机理。 在通信领域，光电探测器阵列是高速光通信系统的重要组成部分。它能够实现高速数据传输，并且具有低噪声、高响应速度和高灵敏度等优点。 未来的发展趋势 虽然目前光电探测器阵列已经有了很好的应用前景，但是其自身的限制也限制了其进一步的发展。例如目前光电探测器阵列的空间分辨率还不够高，无法满足高精度成像的需求。 为了解决这些问题，未来的研究方向包括：开发新型的高能量光学材料、提高光电探测器的响应速度和灵敏度、开发新型的探测器结构等。随着这些问题的逐步解决，光电探测器阵列将会在更多领域中得到应用。
成像光谱仪原理【详解】
论述了成像光谱仪的基本原理以及在农业、林业、工业及科研、环境保护等方面的应用，对我国光谱仪的研究发展概况作了简单介绍。 1 系统工作原理与结构 高光谱成像仪将成像技术和光谱技术结合在一起，在探测物体空间特征的同时并对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为10nm左右的连续光谱覆盖。根据成像光谱仪的扫描方式，其工作原理也不尽相同，作为光学成像仪成像的一个例子，这里简述一下焦平面探测器推扫成像原理。 1.1 系统工作原理 焦平面探测器推扫成像原理见图1。地面物体的反射光通过物镜成像在狭缝平面，狭缝作为光栏使穿轨方向地面物体条带的像通过，挡掉其他部分光。地面目标物的辐射能通过指向镜，由物收镜收集并通过狭缝增强准直照射到色散元件上，经色散元件在垂直条带方向按光谱色散，用会聚镜会聚成像在传感器使用的二维CCD面阵列探测元件被分布在光谱仪的焦平面上。焦平面的水平方向平行于狭缝，称空间维，每一行水平光敏元上是地物条带一个光谱波段的像；焦平面的垂直方向是色散方向，称光谱维，每一列光敏元上是地物条带一个空间采样视场(像元)光谱色散的像。这样，面阵探测器每帧图像数据就是一个穿轨方向地物条带的光谱数据，加上航天器的运动，以一定速率连续记录光谱图像，就得到地面二维图像及图形中各像元的光谱数据，即图像立方体。
图1.光谱成像仪数据获取系统的结构 1.2 光谱成像仪数据获取系统构成 光谱成像仪由光学系统、信号前端处理盒、数据采集记录系统三部分组成。 数据的回放及预处理通过专用软件在高性能的微机上完成。软件具有如下功能：数据备份；快速回放；数据规整和格式转换；图像分割截取；标准格式的图像数据生成等。 2 成像光谱仪的应用 成像光谱仪的应用范围遍及化学、物理学、生物学、医学等多个领域，对于纯定性到高度定量的化学分析和测定分子结构都有很大应用价值。如在生物化学研究中，可以利用喇曼光谱鉴别一些物质的种类，还可以测定分子的振动转动频率，定量地了解分子间作用力和分子内作用力的情况，并推断分子的对称性，几何形状、分子中原子的排列，计算热力学函数、研究振动一转动拉曼光谱和转动拉曼光谱，可以获得有关分子常数的数据。对非极性分子，因为它们没有吸收或发射的转动和振动光谱，振动转动能量和对称性等许多信息反映在散射
光电探测器在光电成像中的应用研究
光电探测器在光电成像中的应用研究 一、引言 光电探测器是检测光信号并转换成电信号的设备，具有高灵敏度、高分辨率和高速度等优点。在光电成像中，光电探测器作为 核心设备，发挥着非常重要的作用。本文将介绍光电探测器在光 电成像中的应用研究。 二、光电探测器的基本原理与分类 1. 基本原理 光电探测器是一种将光子能量转换成电子能量的器件。其原理 基于半导体材料吸收光子后电子在半导体材料中的产生、输运和 探测过程。其探测原理包括光电效应、光致发光、内光电效应等。 2. 分类 根据光电效应原理将光电探测器可以分为氢气荧光管、光电倍 增管、光电二极管、光电二极管阵列、CCD（Charge-Coupled Device）相机、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）相机等。其中，CCD相机和CMOS相机已经成为现代光电成像技 术的主要器件。 三、光电探测器在光电成像中的应用 1. 光学显微成像
在光学显微成像中，聚焦光束经过样品后，与样品中的探测光 子相互作用，产生信号交互。通过光电探测器对光信号进行接收，获取样品的图像信息。光电探测器的发展使得显微成像能够在光弱、低信噪比和大视野等情况下获取高质量图像，为现代生物、 医学、材料研究提供了保障。 2. 光学检测仪器 光电探测器在光学检测仪器中的应用非常广泛。例如，在光谱仪、激光测距仪和显色分析仪中，光电探测器用于接收检测光信号，并转换成电信号，对检测信号进行处理和记录。其高度灵敏 度和高鲁棒性质，为超敏光谱测量提供了重要的技术支持。 3. 光学测绘 利用光电探测器对光信号进行接收，可获取到场景的图像信息。在测绘学中，光学成像是获取地面特征、地形和其他环境数据的 必要手段，因此，光电探测器在航空摄影、遥感图像等领域有着 非常广泛的应用。 4. 其他领域 除了上述应用领域，光电探测器还广泛应用于通信、安防、新 能源、环境监测等领域，其中，在导航、测距和雷达系统中，光 电探测器可用于检测径向距离、速度、方位和强度等参数，为国 防事业提供必要的技术支持。
迈克尔逊干涉仪的原理与应用
迈克尔逊干涉仪的原理与应用 在大学物理实验中，使用的是传统迈克尔逊干涉仪，其常见的实验内容是：观察等倾干涉条纹，观察等厚干涉条纹，测量激光或钠光的波长，测量钠光的双线波长差，测量玻璃的厚度或折射率等。 由于迈克尔逊干涉仪的调节具有一定的难度，人工计数又比较枯燥，所以为了激发学生的实验兴趣，增加学生的科学知识，开阔其思路，建议在课时允许的条件下，向学生多介绍一些迈克尔逊干涉仪的应用知识。这也是绝大多数学生的要求。下面就向大家介绍一些利用迈克尔逊干涉仪及其原理进行的测量。 一、传统迈克尔逊干涉仪的测量应用 1. 微小位移量和微振动的测量[11-14]；采用迈克尔逊干涉技术,通过测量ＫＤＰ晶体生长的法向速率和台阶斜率来研究其台阶生长的动力学系数、台阶自由能、溶质在边界层内的扩散特征以及激发晶体生长台阶的位错活性。He-Ne激光器的激光通过扩束和准直后射向分束镜,参考光和物光分别由反射镜和晶体表面反射,两束光在重叠区的干涉条纹通过物镜成像,该像用摄像机和录像机进行观察和记录.滤膜用于平衡参考光和物光的强度. 纳米量级位移的测量：将迈克尔逊型激光干涉测量技术应用于环规的测量中。采用633nm稳频的He-Ne激光波长作为测量基准，采用干涉条纹计数，用静态光电显微镜作为环规端面瞄准装置，对环
规进行非接触、绝对测量，配以高精度的数字细分电路，使仪器分辨力达到5nm；静态光电显微镜作为传统的瞄准定位技术在该装置中得以充分利用，使其瞄准不确定度达到30nm；精密定位技术在该装置中也得到了很好的应用，利用压电陶瓷微小变动原理，配以高精度的控制系统，使其驱动步距达到5nm。 测振结构的设计原理用半导体激光器干涉仪对微振动进行测量时,用一弹性体与被测量（力或加速度)相互作用,使之产生微位移。将这一变化引到动镜上来,就可以在屏上得到变化的干涉条纹,对等倾干涉来讲,也就是不断产生的条纹或不断消失的条纹。由光敏元件将条纹变化转变为光电流的变化,经过电路处理可得到微振动的振幅和频率。 压电材料的逆压电效应研究：压电陶瓷材料在电场作用下会产生伸缩效应,这就是所谓压电材料的逆压电现象,其伸缩量极微小。将迈克尔逊干涉仪的动镜粘在压电陶瓷片上,当压电陶瓷片受到电激励产生机械伸缩时就带动动镜移动。而动镜每移动λ/2的距离，就会到导致产生或消失一个干涉环条纹，根据干涉环条纹变化的个数就可以计算出压电陶瓷片伸缩的距离。 2. 角度测量[15-16]：刘雯等人依照正弦原理改型设计了迈克尔逊干涉仪，可以完成小角度测量。仪器的两个反射镜由三棱镜代替，反射镜组安装在标准被测转动器件的转动台上。被测转角依照正弦原理转化成反射镜组两个立体棱镜的相应线位移,而后进行干涉测量，小角度干涉仪测角分辨率达到10-3角秒量级。
阵列探测器的原理及应用
阵列探测器的原理及应用 1. 引言 阵列探测器是一种广泛应用于多领域的传感器技术，利用阵列传感器能够同时检测和测量多个目标，并通过信号处理算法提取目标信息。该技术在无人驾驶、安防监控、医学诊断等领域有着重要的应用。 2. 原理 阵列探测器的原理基于多个传感器组成的阵列，精确测量目标的位置、速度和方向。其工作原理如下： 2.1 传感器阵列构成 •阵列探测器由多个传感器组成，通常为光学、声学或电磁传感器。 •传感器之间布置成一个二维或三维的阵列，以获取目标的空间信息。 2.2 多点测量 •阵列探测器能够同时对多个目标进行测量，从而提高了数据采集的效率。 •每个传感器都可以独立地接收和处理目标信号，通过多点测量可以获得更加准确的数据。 2.3 信号处理算法 •通过分析和处理多个传感器接收到的信号，可以提取目标的位置、速度和方向等信息。 •常用的信号处理算法包括波束形成、空时自适应处理等。 3. 应用 阵列探测器在多个领域有着广泛的应用，以下是几个主要的应用领域： 3.1 无人驾驶 •阵列探测器可以被用于无人驾驶车辆中，通过对周围环境进行实时探测和测量，提供必要的数据支持。 •阵列传感器可以精确测量车辆周围的物体距离和方向，帮助车辆实现自主避障和导航。 3.2 安防监控 •阵列探测器在安防监控系统中能够通过检测和跟踪多个目标，提供全方位的监控能力。
•通过阵列传感器，监控系统可以实时掌握目标的位置和行为，及时发出警报和采取措施。 3.3 医学诊断 •阵列探测器被广泛应用于医学领域，如超声诊断中的阵列超声探头。 •阵列传感器能够提供高分辨率的图像，帮助医生准确诊断病情并制定治疗方案。 3.4 环境监测 •阵列探测器可以用于环境监测，如空气质量监测、水质监测等。 •通过布置在适当位置的传感器阵列，可以实时检测环境中的各种指标，并提供数据支持。 4. 结论 阵列探测器作为一种多传感器技术，在多个领域有着广泛的应用。通过阵列的 组合和信号处理算法，能够同时对多个目标进行测量和检测，为相应的领域提供了更加准确和高效的数据支持。随着技术的不断发展和创新，阵列探测器在未来将会有更广泛的应用前景。
偏振-成像-光谱整理
一、偏振探测原理 在介质中传输的光，与介质发生相互作用后，其偏振状态的斯托克斯参数或琼斯矩阵会发生变化，改变的程度与介质的物理特性（如其介质特性、结构特征、粗糙度、水分含量、观察角、辐照度等条件）密切相关。 利用光（主要为偏振光）来照射被测物质，经被测物与偏振光的相互作用后偏振光的偏振信息将按规律产生相应的变化，通过检测这种偏振信息的变化来实现测量该被测物的属性，是偏振探测的物理基础。 偏振光的检测是偏振光的应用和偏振探测的一个重要问题，偏振光的检测主要包括偏振光的强度、相位、和取向三个参量的定性分析和定量测量，其基本方法是把上述三个参量的测量转化为光强的测量。 二、偏振探测与雷达探测的对比 在目标识别应用上,与主动雷达扫描方式不同,偏振成像设备体积小、功耗低,探测对象是物体主动发射或反射的电磁波中的偏振部分,便于自身隐蔽。 三、偏振探测与传统成像的对比 在传统的图像处理、分析过程中所使用的技术都是基于光的强度特征和波长特征所提供的信息,这使现有的图像处理、分析以及理解算法很复杂,并且只能对图像中目标的轮廓、类别等做一些初步的分析和理解[5];而偏振图像有其自己统一简单的算法[6],其结果在图像
目视效果方面明显。偏振探测的特点（相对于普通成像技术）： ①偏振探测有助于辨别具有不同质地的目标; ②偏振图像与光强度图像相比,对比度提高; ③偏振图像对置于在背景之上物体的边缘增强效果明显; ④偏振图像与波段有依赖关系; ⑤偏振度与物体表面粗糙度、观测角等依赖关系较 四、多光谱技术 物质的化学组成或结构的不同,导致它们的能带结构以及转动、振动能级不同,其结果使它们的发射光谱、反射光谱、荧光光谱或拉曼光谱也会不同。因此,可通过探测空间光谱分布来探测物质及其在空间上的分布特性。这种技术称为多光谱技术,它建立在能带理论基础之上,其技术基础是光谱分辨和光谱探测技术。 目前多光谱技术有两种不同的含义[1]:一是利用物体的发光或反射光特性,通过光谱分辨技术获取物体的特征光谱信息,来识别物体;二是利用光与物质的相互作用使光发生某种变化,并探测光的变化来获取物质的有关特征信息。后一种多光谱技术所探测的光的变化可能是光谱的变化,或是光强度、偏振等参量的变化。
圆偏振光光电探测器应用场景
圆偏振光光电探测器应用场景 全文共四篇示例，供读者参考 第一篇示例： 在生物医学领域，圆偏振光光电探测器的应用日益广泛。在医学 影像学中，通过使用圆偏振光光电探测器可以实现更精准的医学图像 采集和分析。在眼科医学中，圆偏振光光电探测器可以用于眼底成像，帮助医生准确诊断眼部疾病。在生物组织成像和生物分子检测方面， 圆偏振光光电探测器也具有重要应用价值，可以实现对生物样本的高 分辨率成像和精准分析，为生物医学研究提供重要支持。 在通信领域，圆偏振光光电探测器的应用也越来越受到重视。在 光通信系统中，圆偏振光光电探测器可以实现对不同偏振态光信号的 检测和解调，提高通信系统的稳定性和可靠性。在高速通信系统中， 圆偏振光光电探测器的高灵敏度和快速响应速度也使其成为了重要的 元器件，可以实现高速数据传输和信息传递。 在遥感领域，圆偏振光光电探测器的应用也具有重要意义。通过 使用圆偏振光光电探测器可以实现对地球表面物体的高精度遥感探测，可以获得更详细和准确的遥感信息。在地质勘探和环境监测领域，圆 偏振光光电探测器可以帮助科研人员获取地质结构和环境变化的精细 信息，为地质勘探和环境保护提供重要的数据支持。
在材料科学领域，圆偏振光光电探测器的应用也具有广阔前景。 在材料表征、光学材料研究、光电器件制备等方面，圆偏振光光电探 测器都有着重要的应用价值。在材料表征方面，圆偏振光光电探测器 可以实现对材料偏振特性的测量和分析，帮助科研人员了解材料的结 构和性能；在光学器件制备方面，圆偏振光光电探测器可以用于检测 和调节器件中的光偏振状态，提高器件的性能和稳定性。 圆偏振光光电探测器在生物医学、通信、遥感和材料科学等不同 领域都有着重要的应用场景。随着科技的不断发展和进步，圆偏振光 光电探测器的应用前景将会更加广阔，为各个领域的研究和应用提供 更多可能性和机遇。相信在未来，圆偏振光光电探测器将会在更多领 域展现出其强大的功能和潜力，为人类社会的发展和进步做出更大的 贡献。 第二篇示例： 圆偏振光光电探测器是一种常用的光电器件，可以根据光束的偏 振状态来检测光信号。在很多领域中都有广泛的应用，特别是在一些 需要进行光信号的检测和分析的领域中。接下来，我们将探讨圆偏振 光光电探测器在不同应用场景中的作用和重要性。 圆偏振光光电探测器在通信领域中有着非常重要的应用。现代通 信系统中的光纤通信技术已经成为主流，而在光纤通信中，信号的偏 振状态通常是需要进行监测和调节的。圆偏振光光电探测器可以快速 准确地检测出光信号的偏振状态，并帮助调节和优化通信系统的性能。
偏振成像技术在各领域的应用
偏振成像技术在各领域的应用 偏振成像技术是在近些年发展起来的一种技术，因其所采用的依靠获取物体光波偏振态的成像技术与原来采用的光强度成像相比更为先进，应用领域更为广阔，经过这些年的发展，已经在很多的领域都得到了广泛的应用。文章将就偏振成像的原理以及其在目标探测中的应用进行阐述。 标签：激光遥感；偏振成像；目标探测 前言 偏振遥感是一种新兴的对地探测手段与技术，其在农业、林业、气象、海洋、生态等领域都有着广泛的应用，通过偏振遥感测量得到的是目标的偏振态信息，除能得到常规遥感测量的辐射量数据外，还能得到与目标的本征特性有关的偏振度差异，从而可以在一定程度上把目标的本质差异“强化”出来，提取常规遥感方法不易得到的信息，因此可以进一步提高目标探测和地物识别的精度。文章将就偏振成像的原理以及其在目标探测中的应用进行阐述。 1 偏振成像简介 光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象。偏振光的分类：线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。偏振光与目标发生相互作用后的散射光中会包含由目标自身特性所决定的偏振信息，偏振信息是一种独特的信息，它与我们传统探测得到的信息不同，由于这种偏振信息是目标自身特性所决定的，因此，我们通过收集偏振光中的信息就可以对所需测量的目标信息有着清晰的认识。而以上这一通过收集目标光波偏振态进而成像的技术就是偏振成像。偏振成像以其特有的优势迄今已经得到了广泛的应用。通常情况下，人的视觉系统对光的强度特征和波长特征都比较敏感，但对于同样是光的基本特征的偏振特征是无法感知的，因此在传统的图像处理、分析、理解过程中所使用的技术都是基于光的强度特征和波长特征所提供的信息，这就使得现用的图像处理、分析以及理解算法很复杂，只能进行一些初步的判断，但是对于图像中目标的一些本质特性（如目标的材质、目标的细节特征等）难以做出正确的理解。但是通过研究偏振光与物质的相互作用，找出它们的规律，就可以以此来检测物质的固有属性，同时可以利用对各向均匀的物质施加外界作用（电场、磁场、外力等）使之呈现出一定的偏振特性，通过检测这些偏振特性，以达到检测这些外界作用的属性。由于物质的固有属性，并且这些固有属性与偏振光相互作用有以下特性：旋光性，晶体、液体和液晶的光电效应，光测弹性效应等，利用以上这些特性可以实现偏振探测的具体应用。 2 偏振遥感的优势
光谱成像技术的分类
光谱成像技术的分类 光谱成像技术,有时又称成像光谱技术,融合了光谱技术和成像技术,交叉涵盖了光谱学、光学、计算机技术、电子技术和精密机械等多种学科,能够同时获得目标的两维空间信息和一维光谱信息. 光谱成像技术发展到今天,出现的光谱成像仪的种类和数量己经具有较大规模,因而可以从光谱分辨率、信息获取方式〔扫描方式〕、分光原理和重构理论等不同的视角对光谱成像技术进行分类. 1基于光谱分辨率分类 光谱成像技术针对光谱分辨能力的不同,可分为多光谱
光谱成像技术获取图谱信息的主要方式有：挥扫式
基于多光谱偏振探测系统目标识别研究现状
基于多光谱偏振探测系统目标识别研究现状 摘要：目标识别技术在各个领域内应用广泛，其中光谱识别技术或偏振识别技 术都针对于目标物与背景差距较为明显的情况。当目标物与背景接近“同色同谱”时，光谱识别技术无法准确识别，所以要将两者结合起来，提高目标探测和场景 识别的准确度。由此可见，基于多光谱偏振探测系统的目标识别技术针对与背景 融为一体的目标物具有重要的研究价值。 关键词：光谱探测；偏振探测；目标识别 1.前言 目标识别技术是通过获取被测目标的形状、回波特性、辐射分布等信息分析判断被测目 标的种类。目标识别在军事上的应用最为广泛，从早期的雷达、声纳定位等都是目标识别的 支脉。其中，基于雷达探测的目标识别技术需主动向目标发射电磁波，易受战场复杂电磁环 境的影响；声传感器探测技术仅针对于有声目标，具有一定的局限性。但光谱识别技术与偏 振识别技术都是基于待测物体本身特性，对于不同类型的目标，由于材料和表面粗糙度等方 面的不同，其光谱特性与偏振特性也不尽相同。 多光谱偏振探测技术就是结合光谱探测和偏振探测的现代测量新技术，提供了目标物在 光谱和偏振两个个方面特征，更有助于提高目标探测和识别的准确度。使用多光谱偏振探测 技术在对物质进行分类、分析和识别方面有显著的优势，在军事领域、太空探测、地物遥感 等领域扮演着非常重要的角色。因此，对其进行深入研究具有十分重要的意义。 2.国内外的研究现状 目前，国内外对光谱偏振探测技术进行了一定的研究。美国空军研究室的D. H. Goldstein 等人对不同标准军用油漆的铝板进行了光谱偏振特性的实验研究分析[1]； Lawrence B.Wolff 分别研究了玻璃及塑料材料制作的目标在中红外波段的偏振特性，并发现目标的表面粗糙度 是决定目标偏振特性的重要因素[2]；孙秋菊等人研究发现红外偏振成像可以作为探测伪装目 标的新途径，其成像效果较好，还证明偏振探测技术对复杂背景中低反射率伪装目标的独特 识别优势在中红外波段同样成立；中国科学技术大学的孙玮利用多波段偏振实验装置获取了 目标的偏振图像，并通过图像处理识别出人造目标[3]；王军等人发现采用红外偏振成像技术 可以有效地实现对地面伪装目标的识别[4]；汪震等人研究表明在利用热红外偏振探测系统获 得的Stokes矢量图中，地物背景、金属目标板及红外伪装遮障的热红外偏振特性各不相同[5]。 3.多光谱偏振系统原理 3.1光谱获取技术 当复色光通过色散光学系统时，例如光栅、分光棱镜等，按照光不同波长被依次散开的 光学现象称之为光学频谱，即光谱。光谱获取的方法种类很多，主要分为滤光型、干涉型和 分光型。滤光型是通过滤光片完成入射光的光谱选择，但是滤光片型稳定性差，调制型光谱 调制范围较小。干涉型是通过干涉系统对入射光进行相干处理，从而获得入射光的光谱分布。分光型主要是通过分光元件将入射光分光，其中最为常见的为光栅色散元件，通过衍射获取 入射光的光谱。 3.2偏振探测技术 偏振光参数的表征有琼斯矢量法、斯托克斯矢量法等方法。但琼斯矢量只能应用于线偏 振光的测量。为了实现任何偏振态的测量，1852年Sir George Gabriel Stokes通过研究发现： 光的任何偏振态都可以用四个参数表示，且这四个参数都是实数，可以通过各种探测设备直 接或者间接测量。由于是Stokes发现的，这四个参数被命名为Stokes矢量，表达式为： （3-1） 式中，E为振幅，x，y为坐标轴方向，ψ为相位，< >为均值，I是光波的总辐射强度，Q 是水平方向与垂直方向的线偏振光强度的差值，U是+45°方向和-45°方向上的线偏振光强度的差值，V是左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的强度差值。 用偏振度来表示偏振光强度在总光强中所占的比例，其式子为： （3-2）
干涉成像光谱技术
干涉成像光谱技术 摘要: 干涉成像光谱技术是当今可见光和红外遥感器探测技术的前沿科学，是当今成像技术与光谱技术的有机结合，目前它已成为人们研究和获取目标三维信息（二维空间信息和一维光谱信息）的重要手段和前沿学科。成像光谱仪把成像技术和光谱技术融为一体，可以在空间以及光谱两个方向上对目标进行识别分析。 关键词: 干涉干涉成像光谱技术傅利叶光学干涉仪 1 、前言 干涉成像光谱技术始源于干涉光谱学的发展。1880 年，迈克耳逊发明了以他的名字命名的干涉仪。1887 年，迈克耳逊与莫雷进行了旨在检验以太风的著名实验: 迈克耳逊一莫雷实验。这一实验的零结果否定了绝对惯性系以太的存在，确立了后来爱因斯坦创立狭义相对论两条基本假设之一的光速不变原理，迈克耳逊一莫雷实验比爱因斯坦早18 年提出了物质世界的这一基本规律。 20 世纪前半叶，航天技术得到了前所未有的高速发展，为空间探测和地表探测创造了条件，同时也为空间探测技术提出了更多的需求。人们希望得到的不只是单纯的目标光谱或目标形影信息，而希望能够同时得到目标的形影信息和光谱信息。这一极大的社会需求导致了成像仪与光谱仪的结合以及成像光谱技术的产生。 成像光谱技术从原理上讲分为色散型和干涉型两大类: 色散型成像光谱仪是利用色散元件（光栅或棱镜等）将复色光色散分成序列谱线, 然后再用探测器测量每一谱线元的强度。而干涉型成像光谱仪是同时测量所有谱线元的干涉强度, 对干涉图进行逆傅里叶变换将得到目标的光谱图。 2、干涉成像光谱仪的原理 图 1 是基于迈克耳逊干涉仪基础上的时间调制干涉成像光谱仪原理图。下面我 们将通过迈氏干涉仪的双光束干涉机理产生的干涉图的定量分析及处理来阐明干涉成像光谱技术的基本原理。
成像偏振探测的若干关键技术研究
成像偏振探测的若干关键技术研究 成像偏振探测的若干关键技术研究 1. 引言 成像偏振探测是一种利用偏振特性获取目标物体信息的技术。随着现代科技的不断发展，人们对于物体的细节、形态和特性的要求也越来越高。传统的成像技术往往难以满足这些需求，而成像偏振探测技术因其独特的优势而受到广泛关注。本文将从若干关键技术方面进行探讨，以期对成像偏振探测技术的发展做出贡献。 2. 偏振成像原理 光是一种波动现象，它具有电场分量和磁场分量。偏振现象指的是光的电场分量振动方向在空间中的固定方向变化。偏振成像利用了光的这一特性，通过改变光的偏振状态，可以对物体进行成像和表征。 3. 偏振成像的关键技术 3.1 偏振传感器 偏振传感器是关键技术之一。它的作用是接收和分析光的偏振状态。目前，常见的偏振传感器包括偏振分束器、偏振检测器和偏振滤波器等。利用这些传感器可以实现对目标物体的偏振信息的采集和处理。 3.2 偏振光源 偏振光源也是成像偏振探测的关键技术之一。目前，常见的偏振光源有线偏振光源和自然光源。线偏振光源通过一系列的光学元件来产生特定方向的偏振光，而自然光源则是直接使用光线本身的自然偏振状态。选择合适的偏振光源对于获取准确的偏振信息至关重要。
3.3 偏振滤波器 偏振滤波器的作用是通过选择不同方向的偏振光成分来实现对目标物体的偏振成像。在成像过程中，利用偏振滤波器可以选择性地传递或屏蔽特定方向的偏振光，从而提取出目标物体的特征信息。 3.4 偏振成像算法 偏振成像算法的研究是成像偏振探测的另一个关键技术。这些算法主要通过对采集到的偏振图像进行分析和处理，提取目标物体的有用特征信息。目前常用的偏振成像算法包括偏振差异成像、偏振分解和偏振参数提取等。 4. 实际应用和挑战 成像偏振探测技术已经在多个领域得到了广泛应用。例如，在生物医学领域，偏振成像可以用于癌症早期诊断和研究；在材料科学领域，偏振成像可以用于分析材料的力学性质和光学性质。然而，成像偏振探测技术还面临一些挑战，例如目标物体的复杂性、光的衍射和干涉等问题，这些都需要进一步的研究和优化。 5. 发展趋势 随着科技的进步和需求的不断增加，成像偏振探测技术将会迎来更广阔的发展前景。未来的研究方向可以包括探索更先进的偏振传感器、改进偏振光源和偏振滤波器的性能，以及开发更精确的偏振成像算法。此外，还可以利用人工智能和机器学习等新技术手段，进一步提高成像偏振探测技术的分辨率和效率。 6. 结论 成像偏振探测技术是一种有效获取目标物体信息的方法。本文从偏振传感器、偏振光源、偏振滤波器和偏振成像算法等几个方面介绍了该技术的关键技术。虽然成像偏振探测技术在多个
微型红外光谱仪中探测器阵列及接收系统的研究的开题报告
微型红外光谱仪中探测器阵列及接收系统的研究的 开题报告 一、选题背景 现代科技领域中，红外光谱技术被广泛应用于材料表征、生命科学、环境监测等领域。目前市场上较为常见的红外光谱仪有台式和手持两种，但由于其面积较大、重量过重等原因，无法适应于一些特殊场景的检测 需求，因此逐渐出现了微型红外光谱仪。与传统红外光谱仪相比，微型 红外光谱仪体积小巧、便于携带，并可以实现近距离探测，非常适合于 现场实时分析。 微型红外光谱仪主要由光学系统、探测器阵列、处理电路以及软件 等部分组成。其中，探测器阵列是实现光信号转化为电信号的重要部件。传统的探测器阵列一般采用单光电池来实现光电转换，但其响应速度和 灵敏度都不够理想，往往需要使用额外的增益器件进行放大。因此，探 测器阵列的性能直接影响微型红外光谱仪的灵敏度和稳定性，成为当前 研究的热点问题。 二、选题意义 随着各种现代仪器的应用不断扩大，红外光谱技术不仅在实验室内 得到广泛应用，也被逐步应用于现场实时分析。微型红外光谱仪通过其 便携化的特点，适应了此类应用场景。因此，对微型红外光谱仪中的探 测器阵列及接收系统进行深入研究，可以提高微型红外光谱仪的性能和 可靠性，实现更加准确和高效的分析和检测。 三、研究内容 本项目的主要研究内容包括以下两个方面： 1. 探测器阵列的设计和制备
借鉴现有红外光谱探测器阵列的基础上，通过分析微型红外光谱仪的应用场景和特点，设计一种更加符合需求的探测器阵列。通过选择合适的材料和工艺，制备出具有较好响应速度和灵敏度的探测器阵列。 2. 接收系统的优化 针对微型红外光谱仪中的接收系统，通过对其结构和性能进行深入分析，提出优化方案。其中包括提高信噪比、减小干扰、强化数据处理等手段，以提高微型红外光谱仪的性能和可靠性。 四、研究方案 1. 探测器阵列的设计和制备 （1）探测器阵列的设计 根据微型红外光谱仪的需求，设计出具有较高灵敏度和响应速度的探测器阵列。采用MEMS技术制备出高精度的探测单元。 （2）探测单元的制备 采用微纳米制造技术，制备出高精度的探测单元，并对探测单元进行精细加工和表面处理，以获得优良的光学特性和稳定性。 （3）探测器阵列的组装和测试 将制备好的探测单元进行组装和集成，测试探测器阵列的响应特性和性能指标，对其进行性能对比和评价。 2. 接收系统的优化 （1）信号处理和放大 通过对信号进一步处理和放大，提高接收信号的信噪比和灵敏度，并减小各种干扰。 （2）数据处理 根据实际的应用需求，在嵌入式处理器的基础上，完善数据处理算法和程序，提高其数据处理能力和效率。
长波红外高光谱偏振特性的伪装目标识别方法
长波红外高光谱偏振特性的伪装目标识别方法 徐文斌;陈伟力;李军伟 【摘要】光谱偏振探测可以综合获得目标的光谱、强度、偏振态等参数,有利于改善对目标的探测和识别能力.本文介绍了基于红外高光谱偏振特性的伪装目标识别方法,搭建了长波红外高光谱偏振测量系统,开展了对两类伪装目标在不同温度下的高光谱偏振成像实验,获取了有效的实验数据并进行处理分析.结果表明:两类伪装目标即使涂覆相同的表面涂料,但受基底材料的热传导率影响,在相同温度差异下红外偏振特性的提升量明显大于辐射亮度,并有着温差越大偏振特性提升量差异越大的规律,同时显示出波段选择性.利用两类伪装目标偏振特性提升量的差异,有效解决相同温度下伪装目标无法识别的难题. 【期刊名称】《光谱学与光谱分析》 【年(卷),期】2019(039)001 【总页数】6页(P235-240) 【关键词】偏振;高光谱;伪装;提升量;识别 【作者】徐文斌;陈伟力;李军伟 【作者单位】北京环境特性研究所光学辐射重点实验室 ,北京 100854;北京环境特性研究所光学辐射重点实验室 ,北京 100854;北京环境特性研究所光学辐射重点实验室 ,北京 100854 【正文语种】中文 【中图分类】TP79;TP72
引言 红外成像技术因具有抗干扰性好、作用距离远、穿透能力强、全天候工作等优点，在军事领域得到广泛的应用[1]。目前，大部分应用都是基于目标与背景的红外辐 射强度特征、温度特征、成像特征及运动特征等，实现对目标的探测、识别和跟踪。随着红外突防伪装技术的发展，现有手段难以快速、准确的区分真假目标，急需探索新的技术途径。 红外高光谱成像技术[2]和红外偏振技术[3-4]是近年来发展迅速的新型探测技术。红外高光谱成像能同时感知目标在空间域和光谱域的信息，构成高光谱图像立方体，从立方体的每个像元均可提取一条连续的光谱曲线，有效实现对目标物化属性的反演。红外偏振技术是利用目标表面辐射或反射的偏振度信息，提高目标与背景的对比度，突出目标的细节特征，有效增强目标识别效果。因此，将红外高光谱成像和红外偏振相结合，形成红外高光谱偏振成像技术，可以综合获得目标的强度、偏振、光谱和图像等多维特征信息，更全面、深入地了解目标的属性和行为，实现复杂条件下的目标探测与识别。 目前，利用高光谱偏振进行目标探测国内外已有较多研究报道。法国国家航天航空研究中心利用研发的偏振高光谱反射计Melopee测量双向反射分布函数和方向半球反射率，可以在可见光至近红外范围(485～2 200 nm)内对土壤、液体和气体进行成像[5]；美国犹他州立大学空间动力学实验室研发的红外超光谱成像偏振计 HIP工作波段范围为2.5～3.5 μm，主要用在2.7 μm水波段对来自云顶的反向散射太阳光进行高空间和高光谱分辨率的偏振测量[6]；国内张荞等利用改装的中波 红外(3～5 μm)偏振光谱仪对不同含水量的土壤表面进行了观测，验证了土壤表面的偏振度与土壤含水量存在单调递增关系[7]；孙仲秋等利用可见近红外(340～1 100 nm)偏振光谱仪对不同浓度的盐水进行了测量，建立偏振度与液体密度之间的
光纤光谱成像技术原理及其应用解析
光纤光谱成像技术原理及其应用 赵友全王锦范世福 (天津大学精细仪器与光电子工程学院300072 本文介绍了一项外国最新研制的纤维束成像压缩技术（FIC），应用该项技术能够实现光学汲取光谱和荧光光谱成像。汲取光谱成像像实验测定了染色的百合茎部切片的光学汲取散布状况，荧光光谱成像实验测定了红宝石荧光界限的挪动，剖析了夹挤在两金刚石界面间的微晶红宝石粉的压力散布状况。 重点词：荧光光谱；汲取光谱；光谱成像；光学纤维；显微镜。 1.前言 带电耦合器件（CCD）和红外聚焦平面阵列（FPA）探测器的发明推进了光谱和化学成像技术的迅速发展。一般而言，这个过程包含了三维数据空间的光谱成像数据的采集，包含定义对象图像的两个空间轴和一个用化学方法测定图像每点处资料的一维光谱尺度。过去获取这些光谱成像立方体的方法是运用液态晶体可调谐的滤波器（LCTFS）或声-光学可调滤波器（AOTFS）去扫描光谱尺度，或许运用联合线形照度的机械移位扫描。这些方法需要经过3D数据立方系统对一系列切片的图像连续采集，故不可以同时采集一整幅光谱图像。相反，最新研发的光纤束成像压缩方法（FIC）同意在CCD探测器的一次扫描中进行整幅光谱图像数据晶系的同时采集。FIC技术和与其亲密有关的其余技术同样，在近期还应用于拉曼成像、红外线成像和原子发射成像[1]。 2．FIC技术原理与结构 FIC光谱成像系统结构以下列图所示：在显微镜工作平台的基础上，配置有透射照明光源（汞灯）和落射式荧光激光光光源。FIC为一有着特别结构的光纤束，来 自样品发射的光成像到光纤束的采集端，采集端光纤束是圆形阵列光纤束，光纤束
的另一端（探测端）的光纤依据必定次序被摆列成一条线，它被用作摄谱仪的入 缝。 图1、荧光光谱成像装置结构表示图 （Ar+激光，L1－显微镜焦面扩束透镜，HBS－全息分光片，HNF-全息槽形 滤光片，L2－成像透镜，圆形集光端面，线性摆列光纤尾端，摄谱仪CCD） 光纤的采集端和探测端中每根光纤一一对应，这类摆列使图像的两个空间维压缩成为一个。样品发射的光所以而产生光谱色散并被CCD探测器一次读取成像。也就是说，CCD上的每个像素（或地区）包含了三维（X/Y/λ）的地点信息，在CCD获取的一帧图像中包含了来自样本的完好的光谱成像。3D数据立方体重修要 求简单地将光纤在线性摆列中的地点映照到圆形接收端的地点，以后详细的图像处 理可采纳任何图像办理软件即可。 FIC方法的有关于可调滤波器（TF）和线形扫描（LS）成像方法的最大优 点，在于它不需要为建立一幅光谱图像而重复扫描。别的，不一样于TF成像方法的是，FIC一次供给了视线地区样本所有点的一个完好的光谱，而不是特定某个波长 的光谱。FIC方法的空间分辨率取决于显微放大后成像到FIC光纤束端面的图像， 即系统的光学衍射限制，这与TF和LS方法一致。此外，FIC方法在图像分辨率 上还有严格的限制，即参加成像的像元数限制，这是由光纤束中所有单根的光纤数 目决定的。这类拘束挨次为CCD探测器的高度和光谱图像的分辨率指定，因为CCD接收面一定对所有FIC光纤束端面的光纤所有成像。 3．FIC汲取光谱和荧光光谱实验 汲取光谱成像是经过对百合花茎部切片样本的丈量来进行的，照明光源来自奥 林巴斯BH2显微镜底部的100w的汞灯。为防备在1S内使CCD探测器达到饱 和，照明光源的强度由被置于显微镜镜台的中性滤光片衰减。样本透射光为40×光 学无量远修正的显微物镜所接收，物镜焦距为4.5mm，数值孔径为0.75(奥林巴斯 模型UMPlanF1。样品透过率丈量的方法是经过记录穿过植物切片不一样地区的光谱