傅里叶退卷积光谱噪音特性研究

通过数学推导给出了更为一般的计算傅里叶退卷积FSD（Fourier self-deconvolution）光谱信噪比变化率的公式.研究了在六种不同切趾函数情况下,当退卷积系数由小逐渐增大时,傅里叶退卷积光谱信噪比变化率随切趾长度的变化.研究结果表明,当傅里叶退卷积由欠退卷积过渡到完全退卷积再到过退卷积时,傅里叶退卷积光谱信噪比的衰减迅速加快.     

光谱学

光谱学与光谱技术O433.52007032106傅里叶退卷积光谱噪音特性研究=Signal-to-noise ratiostudy on Fourier self-deconvolution of Fourier transformspectrum[刊,中]/高晓峰(中科院西安光机所.陕西,西安(710068)),相里斌//光子学报.?2006,35(11).?1713-1716通过数学推导给出了更为一般的计算傅里叶退卷积FSD(Fourier self-deconvolution)光谱信噪比变化率的公式。研究了在六种不同切趾函数情况下,当退卷积系数由小逐渐增大时,傅里叶退卷积光谱信噪比变化率随切趾长度的变化。研究结果表明,当傅里叶退卷积由欠退卷积过渡到完全退卷积再…     

超光谱空间干涉数据切趾函数与信噪比关系研究

干涉光谱技术在大气遥感、天文探测及地物勘察等诸多领域的应用是当前国内外研究热点,光谱重构作为遥感数据处理的重要环节与探测精度紧密相关。干涉数据由于有限光程差采样导致复原光谱出现频率泄露,切趾函数在光谱重构过程中可以起到平滑光谱、保持复原光谱和其他类型分光技术探测光谱一致性的作用,但同时会造成重构光谱的分辨率下降。已有研究表明切趾函数并没有提高反演精度,同时多个典型大气遥感载荷地面数据处理过程中并未使用切趾函数。空间外差光谱技术由于其诸多优点在国内外引起广泛关注,中科院安光所基于该技术成功研究出用于大气CO_2探测的原理样机。信噪比是光谱仪的核心指标之一,从信噪比、光谱分辨率和探测精度之间的关系出发研究切趾函数在干涉数据光谱重构中的影响。针对当前传统切趾函数并没有达到最优旁瓣抑制效果,以诺顿-比尔切趾函数为基础,在分辨率降低相同的情况下,获取最大的旁瓣抑制程度为判据构造了10种不同光谱展宽程度的切趾函数。利用SCIATRAN辐射传输模型分析了大气CO_2遥感探测中不同气体浓度造成的大气层顶的辐亮度差异,推导了典型条件下不同光谱分辨率满足1%探测精度需求的信噪比要求。以实验室空间外差光谱仪样机参数为基础,通过仿真干涉数据和本文构造切趾函数分析了不同切趾程度下光谱分辨率和信噪比的变化关系。最后利用实验室研制的样机开展了实验验证,通过观测稳定均匀积分球辐射源获取干涉数据在不切趾的情况下计算信噪比,以及干涉数据进行不同程度切趾后复原光谱信噪比。仿真和试验结果表明干涉数据由于切趾对噪声的抑制信噪比逐渐升高,同时造成光谱分辨率逐渐下降,而探测精度由于分辨率下降对光谱信噪比的要求也逐渐升高。探测精度对信噪比的需求提高明显高于切趾作用下光谱信噪比的升高趋势,仿真数据和实测数据信噪比分别在切趾程度大于1.6倍和1.8倍的情况下低于探测精度对仪器信噪比需求,即白噪声在噪声中占主导的情况下不切趾更有利于探测精度的保障。该研究结果可以作为干涉数据光谱重构的参考。     

切趾技术对光纤布拉格光栅法布里-珀罗滤波器反射特性优化的研究

利用矩阵分析法,针对两个相同光栅构成的光纤布拉格光栅法布里-珀罗(F-P)腔滤波器进行理论分析。数值模拟分析了光栅长度变化对光栅以及F-P腔滤波器反射特性的影响,指出光栅长度增加对反射特性影响的优缺点,分析利用常用切趾函数对光栅进行切趾,减小由于光栅长度增加导致反射谱的的旁瓣增大,对组成的F-P腔滤波器的反射特性的优化,得到了光栅切趾对F-P腔滤波器的反射特性的影响规律。对于在实际应用中制作出性能优良的光纤布拉格光栅F-P腔滤波器有一定的参考价值。     

相移长周期光栅长度切趾光谱特性

应用耦合模理论和传输矩阵法分析了长周期相移光栅的光谱特性,比较了折射率切趾和长度切趾所产生的不同光谱结构,并分析了长度切趾中不同的切趾函数及光栅长度对光谱结构的影响.讨论了长度切趾的旁瓣增强效应,发现了一些新的有益结果.     

基于啁啾相移光纤光栅的滤波器设计及应用

相移光纤光栅作为透射型带通滤波器件降低了使用成本和插入损耗.在光通信和传感领域有着较高的应用价值.啁啾相移光纤光栅的透射峰波长和数量由相移点的位置和数量来确定,透射峰特性受相移量的影响.采用分段切趾的方法获得满足光通信要求的滤波特性,利用传输矩阵法分析了切趾前后透射峰特性的变化,结果表明:切趾改善了滤波器的幅度和相位响应,依据滤波器的设计要求选取不同的切趾函数以及切趾比例;切趾还大大减弱了透射峰波长和深度对相移量的敏感度,适当切趾后相移量的影响可以忽略.并提出一种应用双通道啁啾相移光纤光栅滤波器产生脉冲毫米波副载波信号的方案.     

色散补偿光栅切趾强度对光谱特性影响的研究

切趾强度的概念证明了在线性啁啾色散补偿光栅中切趾强度对光谱特性的影响远大于切趾包络函数本身。将其用于典型的色散补偿系统,通过逐步改变切趾强度对比了三种切趾包络函数:余弦、柯西和汉明函数的光谱响应。研究发现,由于切趾强度的影响,所有的切趾包络函数都具有近似的趋势。当切趾强度参数约为0.75时,色散均值与理想色散之间的偏离量最小,群时延影响较小,反射带宽较大,且光栅长度较短。结果表明,最佳色散强度参数为0.75,此时有最好的光谱特性。     

线型优化最大熵光谱估计方法中自回归模型两种求解方法的比较

在光谱分辨率增强技术中,线型优化最大熵谱估计方法LOMEE(line shape optimized maximum entropy spectral estimation)是指通过傅里叶自退卷积技术消除光谱谱线线型对干涉图的影响,而后对干涉图进行自回归参数建模,求出自回归模型系数,代入光谱估计公式得到光谱图。文章采用了两种方法：修正协方差法MCOV(modified covariance method))和伯格法(Burg method)求解线型优化最大熵谱估计方法中的自回归模型系数,通过仿真试验,将阶次、信噪比对估计光谱的影响做了详尽的比较。研究结果表明,在线型优化最大熵谱估计方法中,用修正协方差法求解自回归模型系数要优于伯格法。     

FTIR单边干涉图相位校正技术的研究与改进

基于傅里叶变换红外光谱仪干涉图的单边过零采样和非对称性,对相位校正技术进行研究和改进。针对Mertz乘积法对切趾函数的匹配性要求高,干涉图非对称切趾旁瓣抑制效果差、光谱分辨率低的缺点,综合Mertz法和Forman法的特点提出一种改进的相位校正方法。采用对称化方法将单边干涉图变换为双边干涉图、对称切趾、傅里叶变换重建功率谱,并采用对称化的双边干涉图傅里叶变换求取高分辨率的相位谱,提高相位校正的精度。通过仿真分析了非对称窗函数较对称窗函数有比较宽的主瓣宽度、高的旁瓣幅值,分辨率降低;实验验证该改进的相位校正方法功率谱误差小、计算量少,且光谱分辨率比较高,达到2cm-1。     

阵列波导光栅梳状带通滤波器的传输效率

在光波导模场分布高斯近似条件下,根据星形光波导耦合器的耦合特性,推导出了基于累加运算和卷积运算近似表达的阵列波导光栅梳状带通滤波器光谱响应效率的函数表达式。给出了阵列波导光栅梳状带通滤波器光谱响应效率曲线的半最大值全宽度和阵列波导光栅梳状带通滤波器的通道中心波长的光谱响应度与器件参数的关系。在输入信号光谱分布高斯近似条件下,给出了阵列波导光栅梳状带通滤波器信号通道传输效率的计算表达式和输入信号光谱宽度对阵列波导光栅梳状带通滤波器信号通道输出特性的影响。给出了物理意义明确的函数表达式,它们可为快速分析阵列波导光栅梳状带通滤波器的特性提供理论基础。     

傅里叶退卷积参量确定的一种新方法

根据干涉图的特征提出一种确定退卷积参量的方法,这种方法在优化退卷积光谱线型的同时有效地控制了噪音,文章给出了这一方法的仿真实验结果.     

傅里叶变换光谱仪中的主要技术环节

本文总结了在研制傅里叶交换光谱仪(FTS)或成象傅里叶变换光谱仪(IFTS)时应当考虑的主要技术环节,包括仪器函数、光谱分辨率、扩展光源、动镜运动误差、噪音等效功率、信噪比等,并给出相应计算公式.     

研究傅里叶变换光谱超分辨率的一种新方法

应用傅里叶退卷积、自回归模型与截断奇异值分解相结合的方法，获得了比采用常规变换方法高得多的光谱分辨率。与研究光谱超分辨率的其它方法相比，用ＦＡＴ方法进行了光谱超分辨率估计，有分辨率高，谱线细锐、钪噪声能力强和无伪峰等许多优点。     

非轴对称型滤波器在傅里叶变换轮廓术中的应用

本文提出在傅里叶变换轮廓术中的一种新型滤波器-非轴对称型滤波器,其适用于物体表面形貌在频域的分布具有非轴对称性的情形.合理的使用非轴对称型滤波器可使测量结果保留更多的高频细节.     

基于多级微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪:原理及数据处理

介绍了一种基于多级阶梯微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪的原理及数据处理方法.仪器利用一块多级阶梯微反射镜取代传统迈克尔逊干涉仪中的动镜以实现静态干涉,通过摆镜扫描使目标物体成像在不同的子阶梯反射面上从而获得目标物体不同光程差的干涉信息.某一时刻,目标物体经摆镜与前置成像系统后在平面镜与多级阶梯微反射镜上形成两个一次像点,两个一次像点被平面镜和多级阶梯微反射镜反射之后经后置成像系统最终成像在探测器焦平面上.平面镜与多级阶梯微反射镜之间的高度差会使到达探测器的两束光的光程差不同,因此探测器焦平面上可以获得目标物体的二维空间信息及一维干涉信息.根据多级阶梯微反射镜参数及光学系统设计参数计算得到摆镜步进角度为0.095°.利用实验获得的三维数据立方体进行了图像拼接与光谱复原.针对子阶梯反射镜存在宽度差异的问题,提出了一种基于极坐标霍夫变换的图像分割方法.为缓解拼接全景图中的间断线效应,将图像变换到HSI颜色空间并插值拟合其亮度分量后再变换回原空间.对拼接后的干涉图像进行了降维、去直流、寻址、切趾、相位校正、傅里叶变换及光谱分辨率增强等处理,完成了光谱复原工作.复原光谱分辨率为194 cm-1,优于设计指标(250 cm-1).     

AOTF在光谱分析中的应用研究4.FSD用于提高AOTF原子发射光谱仪的光谱分辨率

本文报道了利用傅里叶自去卷积 (FSD)来提高AOTF原子发射光谱仪的光谱分辨率。选择合适的卷积参数 :半峰高宽度和剪截长度 ,可使模拟重叠峰半峰高宽度变窄约 3 5倍 ,峰高增加约 5倍 ,而峰的位置不变。将其应用于处理AOTF ICP AES扫描重叠峰 ,可使La 4 0 7 735nm与La 4 0 8 6 72nm的自身重叠峰以及Ca 393 36 6nm与Al394 4 0 1nm的干扰重叠峰达到基线分离 ;对于Eu Sr系列混合样和Sc Sr系列混合样(Sr浓度不变 ,Eu和Sc的浓度改变 )的扫描图 ,经FSD处理后 ,原来Eu 4 2 0 5nm与Sr 4 2 1 6nm以及Sc4 2 4 7nm与Sr4 2 1 6nm重叠峰均可达到基线分离 ,校准曲线的斜率提高了 2～ 3倍。     

窗口傅里叶变换轮廓术中窗口尺度选取的改进

多尺度窗口傅里叶变换法根据条纹信号的瞬时频率梯度来确定信号的局域平稳长度,再由局域平稳长度来控制窗口的尺度,即窗口的尺度和局域平稳长度成正比。使用多尺度窗口傅里叶变换法来使条纹信号的频谱局域化,可以在条纹信号的频率分辨率和空间分辨率之间达到一种较佳的调和。针对多尺度窗口傅里叶变换三维形貌测量技术中局域平稳长度提取算法的不足进行了改进,使窗口尺度的选取更具合理性,对变形光栅基频提取更精确,进一步减小了位相测量的误差。给出了理论分析、计算机模拟以及实验结果。     

基于图像二维小波多尺度分解傅里叶变换轮廓术

应用傅里叶变换轮廓术测量物体三维面形时,当被测物体形状复杂或是被噪声严重污染时,导致频谱分布展宽,发生频谱混叠现象,基频提取困难,无法准确恢复物体的三维面型.提出了基于小波分解的傅里叶变换轮廓术,采用小波变换的方法对变形条纹图进行二维多尺度分解,重构被测物的背景图像,滤出图像的零频成分,得到相对变形条纹.运用小波变换与傅里叶变换轮廓术相结合的方法,只需拍摄一幅变形条纹图,将被测物体与背景分离,不受背景成分的影响,且易于基频信息的提取,降低了对滤波器的要求.实验证明该方法较好地防止了频谱的混叠问题,提高了测量范围与解相精度.