时空混合调制型偏振干涉成像光谱仪数据处理研究

研究了基于Savart偏光镜的偏振干涉成像光谱仪在时空混合调制模式下图像形成、数据分布的特点,论证了视场补偿型偏振干涉成像光谱仪更适用于单色光条件下的时空混合调制工作模式,并提出了时空混合调制模式下数据采集与处理的基本原理及其需要注意的问题与解决方法.最后,应用这种方法对实验获取的干涉图进行了数据处理,并成功复原出了光谱.     

时空混合调制型偏振干涉成像光谱仪的全视场偏振信息探测研究

基于Savart板的新型时空混合调制型偏振干涉成像光谱仪(TSMPIIS)是一种静态、小型化、高稳定性的遥感偏振探测器件, 可以用来实现对目标的光谱信息以及偏振信息的探测. 目前, 已经确立了通过旋转TSMPIIS偏振片法来实现测量的方案, 然而该方案破坏了TSMPIIS系统原有的稳定结构, 降低了仪器的测量精度和可靠性. 为克服旋转偏振片法的不足, 本文从TSMPIIS的探测原理出发, 通过分析和计算TSMPIIS的Mueller矩阵, 推导出了全视场角度的TSMPIIS旋转偏振探测法的基本公式, 论证了TSMPIIS全视场偏振信息探测的可行性和准确性, 为TSMPIIS的遥感探测以及Stokes参数的反演提供了理论依据, 进一步拓展了TSMPIIS遥感探测的优越性.     

研究干涉图处理与光谱复原的一种新方法

简要论述了自行研制的空间调制型偏振干涉成像光谱仪的工作原理及干涉图获取模式，采用三种不同的光谱复原方法分别对干涉图进行了处理和光谱复原，并对实验结果进行了分析比较.将非参数模型Music算法引进到干涉图的光谱复原处理中，极大的提高了复原光谱的分辨率，为超高分辨率的光谱复原分析技术提供了较好的数学模型，为提高光谱分辨率提供了可能的依据和新方法. 关键词： 空间调制 偏振干涉成像光谱技术 光谱复原 Music算法     

利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振探测的新方法

以往对干涉成像光谱仪的研究通常仅限于对光的干涉特性的利用,即由目标干涉图得到其光谱图,而忽略了其丰富的偏振信息.为了在利用光的干涉特性的同时还充分利用光的偏振特性,在原有偏振干涉成像光谱仪的基础上,结合现有的干涉成像光谱技术与偏振探测原理,提出了一种利用现有偏振干涉成像光谱仪获取探测目标的偏振参数(偏振度、偏振方位角等)的新方法,并对其精度误差进行了理论分析,证明了其不但具有较高的稳定性而且具有极高的测量精度.因此,若把以往的偏振干涉成像光谱仪看作是照相机与光谱仪功能的结合,则现在可以将之理解为成像仪、光 关键词： 偏振探测 偏振干涉成像光谱仪 Stokes参量 Savart偏光镜     

利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振检测的最佳角度分析

利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振探测,这一方法将偏振测量与干涉成像光谱技术相结合,一方面能提供辐射测量所不能提供的物体偏振信息,另一方面又可获取目标的空间图像和光谱,具有比辐射测量更高的准确度.在简要分析了利用偏振干涉成像光谱仪进行偏振检测的理论基础上,深入研究了偏振检测的方法,分析比较了目前常用的偏振探测角度（45°,60°）对偏振度探测的影响.进一步计算推导出偏振测量的最优探测角度,将之与以往常用的探测角度进行了分析比较,证明了此最佳探测角度可以有效地减小偏振误差、提高偏振探测的精度.这将极大地提高偏振干涉成像光谱仪的应用范围,为新型偏振干涉成像光谱技术的研究以及仪器研制提供重要的理论依据. 关键词： 偏振检测 偏振干涉成像光谱仪 探测角 Savart偏光镜     

外差式偏振干涉成像光谱技术研究

提出了一种新型的基于Savart偏光镜的外差式偏振干涉成像光谱技术,该技术在偏振干涉成像光谱仪中引入一对平行偏振光栅对,使其得到的干涉图频率与波数相关,具有了波数外差的特点,降低了干涉图频率,从而可利用较少的采样点数实现很高的光谱分辨率.对外差式偏振干涉成像光谱技术的基本原理进行了研究,详细分析了系统光程差、干涉图表达式、光谱分辨率以及光谱复原方法等.最后给出了外差式偏振干涉成像光谱仪的设计实例并进行了计算机仿真模拟,所复原的光谱与输入光谱曲线相符合,验证了方案的正确性.外差式偏振干涉成像光谱仪具有结构紧凑、光通量高、稳定性强、光谱分辨率高的特点,尤其适合超小型高稳定性、高探测灵敏度的高光谱探测应用.     

差分偏振干涉成像光谱仪Ⅰ.概念原理与操作

本文介绍了一种基于Wollaston棱镜角剪切和Savart偏光镜横向剪切组合的静态、紧凑型、高通量差分偏振干涉成像光谱技术.其显著特点是无运动部件,可同时获取目标正交偏振组分的干涉图和二维空间图像.干涉图经傅里叶变换和图像融合算法可得到正交偏振组分的偏振光谱图像,正交偏振光谱图像之和等效于传统强度光谱图像,正交偏振光谱图像之差称为差分偏振光谱图像.高对比度的差分偏振光谱不仅能刻画目标详细的表面形貌、纹理和结构信息,还可反演弹性散射粒子的尺度、浓度和折射率等信息.文中描述了差分偏振干涉成像光谱仪的原理结构,给出了干涉强度分布规律表达式,分析了完整干涉图和二维空间图像的数据获取模式.利用杨氏干涉模型对光通过Savart偏光镜后形成干涉直条纹的近轴关系进行了深入分析.利用光场衍射理论确定了光谱仪中准直透镜和成像透镜实现紧凑化的结构关系.计算机仿真模拟验证了方案的可行性.为偏振成像光谱仪的发展提供了一种新思路.     

基于双通道剪切干涉的高光谱偏振成像方法

光谱偏振成像技术可同步测量目标的空间信息、光谱成分和偏振特性分量,在天文物理研究、大气成分的探测和生物医学等领域具有巨大的发展潜力。偏振信息的同步获取通常牺牲光谱成像的空间分辨率,为避免光谱成像空间分辨率的降低,提出基于双通道剪切干涉的高光谱偏振成像方法。利用双矩形干涉器实现双通道剪切干涉,两个通道分别进行高分辨率干涉光谱成像以及基于微偏振阵列的光谱偏振成像。分析了双通道剪切干涉以及基于微偏振阵列调制的傅里叶变换光谱偏振成像原理,论述了光谱信息反演方法以及偏振信息提取方法。搭建了实验装置,对实际场景目标进行光谱偏振成像实验,获得了目标的高空间分辨率光谱图像和偏振分量信息。研究表明,该高光谱偏振成像技术可同步进行偏振成像测量和高分辨率光谱成像测量。     

基于统一计算设备架构的干涉成像光谱快速反演技术研究

在基于干涉光谱成像的气体成分实时遥测应用中,为了对推扫获取的原始干涉数据进行快速、有效的反演处理,提出一种结合计算统一设备架构（CUDA）的并行时空混合调制型长波红外干涉光谱反演算法。通过分析自主研制的时空混合调制型干涉光谱仪的数据获取模式,结合CUDA平台实现了并行反演算法。实验结果表明,基于CUDA平台的并行计算技术比仅使用CPU进行计算在效率上提升了5至20倍,为后期进一步做光谱识别打下了基础。     

干涉成像光谱仪技术的新发展

综述了成像光谱仪的发展过程以及空间调制干涉成像光谱仪技术的新原理、新技术、新发展。对干涉成像光谱技术的原理进行了论述 ,分析了Sagnac型和偏振型干涉成像光谱仪的分光机理和成像原理。提出了未来光谱仪技术的发展方向。     

A novel model for obtaining interferogram and spectrum based on the temporarily and spatially mixed modulated polarization interference imaging spectrometer

Based on the temporarily and spatially mixed modulated polarization interference imaging spectrometer (TSMPIIS) developed by us, a novel model for obtaining interferogram and spectrum is proposed. The interference data arrays acquired with this model are analyzed, and the method for combining a series of interferograms at different moments is illuminated in detail. Furthermore, the interferograms of monochromatic light and polychromatic light obtained by TSMPIIS are processed. The satisfying interferogram and reconstructed spectrums show the superiority of this detection model, such as wide field of view, high detection sensitivity and high throughput, etc.     

润滑油膜双色光干涉测量系统的特性研究

基于多光束干涉理论和摄像系统的光谱响应特性,建立了润滑油膜彩色光干涉测量的色度学模型,以红绿双色光干涉测量为例设计了计算机程序复现了油膜厚度测量的干涉图像。双色光干涉的理论计算和实验测量取得了很好的一致性。进一步的计算表明,润滑油膜双色光干涉图像的色彩主要受光源双色光的半峰全宽、析光膜厚度、垫层厚度及润滑介质特性的影响。在所设定的计算参数条件下,双色光的半峰全宽较窄,析光膜厚度为4～10nm和垫层厚度较薄时图像的对比度较高。     

二维声光点阵偏转的高速干涉摄影研究

本文介绍了一种利用二维声光点阵偏转技术进行高速干涉摄影的原理和方法。通过二维声光点阵偏转器件,把带有干涉图的光斑(￠6mm～￠8mm)按时间顺序偏转为10×10的光斑点阵,并记录在一张底片上。用连续激光为光源,曝光时间为10~(-5)～3×10~(-6)秒可调,幅频达10~5幅/秒,并用这种方法来记录瞬态温度场的干涉图,进行原理实验研究。     

Optimization of interference fringe tuning by improving the sensitivity of measurements of the phase step height

The condition for obtaining optimal tuning of interference fringes, which correspond to their perpendicular direction to the phase step interface, are considered. Optimal tuning is attained when the sensitivity of measurements increases due to the overlap of a pair of holographic interferograms. It is noted that this method can be implemented most easily when a copy of the first interferogram rotated relative to the interface of the phase step is used as the second interferogram.     

一种减少空间调制快拍成像测偏仪伪信息的方法

空间调制快拍成像测偏技术能将偏振信息编码到一幅干涉图中,通过一次测量同时获取目标全部斯托克斯参量.针对空间调制快拍成像测偏技术中,目标像的高频部分对偏振信息通道产生串扰,导致重构的偏振信息包含有伪信息和频域重构目标像的空间分辨率低等问题,提出一种消除伪信息和获取全分辨率目标像的方法.该方法通过对两次快拍测量获得的干涉图进行简单加减运算,便可获得探测目标清晰的纯图像和高信噪比的偏振分量干涉图.本文对该方法进行了详细的理论分析,并通过计算机仿真和搭建实验平台,验证了该方法的可行性.这为空间调制快拍成像测偏技术获取全分辨率目标像和高质量重构偏振信息提供了新思路.     

窗扫型成像光谱仪数据处理及误差校正研究

窗扫型傅里叶变换成像光谱仪具有高光通量和无动镜等特点,同时也增加了数据处理的难度,需要对采集的原始干涉图进行重组。通过对其数据处理流程特点的分析,设计了一种归一化算法,对由干涉图重组时产生的误差进行了校正,并对在数据采集过程中干涉图的中心暗纹位置的采样误差进行了二次曲线拟合校正。整个数据处理过程实现了从干涉数据立方体到光谱数据立方体的变换。从理论分析和实验结果的比较中验证了误差校正方法的有效性。     

Rapid phase extraction method based on the difference image between interferograms with unknown phase-shifting amount

In phase-shifting interferometry, based on the difference image between interferograms with unknown phase-shifting amount, a rapid phase extraction method is proposed. In this method, first, by means of the simple subtraction operation between interferograms captured in one phase-shifting period, a sequence of difference images are generated easily; second, to decrease the random phase-shifting errors induced during the phase-shifting procedure, the summation operation is performed for these difference images; third, based on one time phase recovery operation and one time phase-unwrapping operation, the measured phase with high precision can be obtained rapidly. Moreover, in the proposed method, by means of a simple phase summation operation for all pixel-phases in one interferogram, the corresponding phase-shifting amount of interferogram can be determined conveniently.     

基于区域生长理论的波面解包算法研究

在移相干涉技术的相位计算中,周期函数arctan的相位值分布在[-π,π]之间,相位值分布的跃变形成了被压包后的波面。理想无噪声和边界形状规则的压包波面可以直接通过条纹扫描法进行解包。例如当被测物边界形状不规则和存在噪声(灰尘脏点)时,会导致干涉图上出现无效区域,必须采用不依赖于边界形状,能自动绕过无效区域的算法。采用区域生长法对这类干涉图进行了解包。通过编程计算表明,这种解包算法能解决光学检测中的几乎所有的干涉图处理问题。     

激光诱导等离子体干涉图相位信息的提取

分析了强激光在空气中产生等离子体干涉图的空间频谱特性，采用高阶契比雪夫数字递归滤波器和阈值自动调整的相位解包算法成功地撮了等离子体干涉图的相位信息。论述了对干涉图样进行数字滤波时的设计考虑，给出了实验结果。实验表明，这种方法可用于快速、瞬态光学干涉图样相位信息的提取。     

基于傅里叶变换的高精度条纹细分方法

针对传统傅里叶变换法在提取条纹图相位中存在的能量泄漏问题,提出了条纹图整周期裁剪的方法,可有效抑制能量泄漏对检相精度的影响,提高傅里叶变换法相位计算的精度。在此基础上,提出了一种基于傅里叶变换时移特性的叠栅条纹细分新方法。与传统傅里叶变换法相比,该方法求取相邻两帧条纹图间的相移,只需经过两次傅里叶变换,不需要截取条纹图的基频再逆变换回空域,因此计算量至少减少了一倍,计算速度大大提高。数值计算结果表明,对两束单色平面波形成的条纹,理想条件下细分精度高达10-12量级;对高斯包络调制的条纹,细分精度至少可达10-3量级。