铷光谱灯的光谱研究

Rb光谱灯是Rb原子频标的重要部件。Rb光谱灯发出的光含有两种成分,一种是对原子跃迁信号有贡献的有效光成分,一种是仅体现为光噪声的无效光成分。尽可能地增强Rb光谱灯有效光成分并抑制无效光成分,对于提高Rb原子频标锁频环路的信噪比从而改善Rb原子频标的频率稳定度具有重要意义。利用单色仪获得了分别充有起辉气体Ar, Kr和Xe的三种常用Rb光谱灯的光谱,分析了三种Rb光谱灯的光谱特性,讨论了如何提高有效光强和抑制无效光强的问题。实验和分析结果表明,Rb光谱灯有效光强与所用起辉气体的种类和灯泡的工作温度密切相关。灯泡工作温度较低时,Xe灯有用光强最大,Kr灯次之,Ar灯最低;当灯泡工作温度较高时,Xe灯有用光强仍最大,Ar灯次之,Kr灯最低。分析还表明,采用合适的光学滤光方法可以有效地滤除Rb光谱灯的无效光成分。     

鼻咽癌光谱诊断系统中的荧光光谱信号处理

利用激光诱导荧光技术开发了用于早期鼻咽癌诊断的自体荧光光谱系统系统由风冷氩离子激光器、自行研制的单色仪和高灵敏度、智能化的信号采集和处理系统组成文中重点讨论了系统中自体荧光光谱信号的处理技术,其中包括荧光光谱信号的分光和检测技术,以及用LabVIEW开发的信号处理和控制平台荧光光谱信号的处理结果表明:系统不仅实现了荧光光谱信号的同步显示,而且极大地提高了信号的信噪比,这为系统的临床应用奠定了的基础.     

基于光谱分类的干涉光谱图像压缩

针对干涉成像光谱仪所成图像的特点,将分类算法运用于干涉图数据压缩.针对单一和复杂两类目标,采用不同的处理方法,得到了较好的压缩效果.     

光谱成像仪快速光谱定标方法研究

光谱定标是确定光谱仪器各通道中心波长的过程,为了获取光谱辐亮度,通常需要对光谱仪器进行辐射定标,将光谱仪器输出的数值,映射为物理量——辐亮度。不同的光谱仪器的光谱响应不同,因此还需要在光谱定标过程中确定各个通道的光谱响应。光谱成像仪可以看成是多个光谱仪组成的,需要对所有点的中心波长和光谱响应进行定标。自第一台成像光谱仪诞生以来,其定标方法逐渐固定,通常需要采用光谱分辨率较光谱成像仪更高的单色仪输出准单色光进行光谱定标,其准单色光的光谱带宽远小于光谱成像仪的光谱响应带宽,可以将准单色光抽象为脉冲函数。根据脉冲函数的特性,改变准单色光的波长,扫描光谱成像仪的响应波长范围,是对光谱响应函数进行间隔采样的过程,通过光谱定标数据可以直接得到光谱成像仪的中心波长和光谱响应函数。随着技术的发展,探测器的灵敏度越来越高,光谱成像仪的分辨率也越来越高,为了完成光谱定标,对光谱定标需要的准单色光提出了更高的要求。然而准单色光的带宽越窄,其能量越低,获取满足信噪比要求的数据需要更长的时间,使定标的效率降低。从光谱定标的目的出发,结合准单色光和光谱成像仪光谱响应近似高斯函数的特点,通过理论分析,提出一种利用宽带定标光进行光谱定标的方法,可以有效减少光谱定标的步骤,提高定标的效率,适用于光谱成像仪的快速定标。该方法用于某星载高光谱成像仪的光谱定标,待标定光谱成像仪采用棱镜分光,具有色散非线性的特点,光谱分辨率在2~18 nm之间变化,同时存在较大的谱线弯曲,导致每个像元的中心波长都不同,需要对每个像元进行光谱定标。为了避免分视场定标导致的相邻视场中心波长不连续现象,将单色仪发出的准单色光的光斑照亮整个狭缝,狭缝和单色仪之间放置柱透镜和毛玻璃,其中柱透镜用于汇聚垂直于狭缝方向的光线,提高能量利用率;毛玻璃用于匀化光照,毛玻璃的存在极大地减弱了进入光谱成像仪的能量,结合提出的方法,增加定标光的带宽,提高能量,最终完成了该光谱成像仪的快速定标,利用汞灯的特征光谱验证该成像光谱仪的光谱定标精度为0.23 nm。     

基于实测端元光谱的多光谱图像光谱模拟研究

地物光谱特性是遥感应用的基础。然而,在基于野外实测端元光谱的遥感应用中,由于测量尺度不同,导致同一地物光谱形态和反射率值存在很大差异,为遥感信息的定量反演带来困难。文章以新疆塔里木盆地北缘渭干河-库车河绿洲为研究区,选取裸土、植被两类地物作为研究对象,首先通过AVNIR-2传感器的光谱响应函数,实现了将野外实测端元光谱拟合为多光谱离散光谱,通过实例数据表明,拟和的多光谱与AVNIR-2像元光谱具有很好的相关性,在此基础上,采用线性算法建立端元光谱与遥感图像像元光谱的转换模型,实现了从实测端元光谱尺度向遥感多光谱像元尺度的定量光谱转换,为遥感定量分析奠定了一定基础。     

高光谱遥感器的光谱定标

高光谱遥感器光谱性能参数的准确定标是高光谱遥感器数据定量应用的基本前提。本文基于单色准直光标定法对高光谱遥感器进行了光谱性能参数定标,通过数据采集软件及数据处理软件对高光谱遥感器光谱性能参数定标数据进行了分析。分析结果显示:定标测试的重复性在1 h内小于0.2 nm,在20 h内小于0.35 nm。光谱定标结果表明:高光谱遥感器的平均光谱分辨率为4.94 nm,且各高光谱遥感器空间维光谱分辨率均小于5 nm,典型谱段的平均带宽均在6 nm左右。     

光谱参数对基于光谱重构的高光谱数据模拟的影响

遥感数据模拟已广泛应用于遥感研究中, 遥感模拟对于新型传感器的设计,新算法的检测等都有积极的意义。然而传感器系统参数的变化会影响数据模拟的精度。实验采用卷积宽视场多光谱成像仪蓝、绿、红和近红外四个波段的光谱响应函数,基于光谱重构的方法对多光谱数据进行了高光谱的数据模拟。研究分析了多光谱数据中心波长和带宽的变化对高光谱重构精度的影响。结果表明,中心波长和带宽的变化对于光谱重构精度有一定的影响,但总体来说模拟结果有很好的精度。中心波长的变化所引起的RMSE小于0.025,带宽变化引起的RMSE小于0.012。因而基于中心波长和带宽变化的高光谱数据重构有助于用户更好的了解高光谱成像系统,找到系统性能的主要影响者,以便更好的模拟高光谱数据,扩展遥感数据的应用范围。     

傅里叶变换光谱成像仪光谱传递函数研究

根据光学传递函数理论,定义了光谱成像仪的光谱传递函数. 针对基于Michelson干涉仪的时间调制傅里叶变换（FT）光谱成像仪,基于Sagnac干涉仪、Fresnel干涉仪、Lloyd干涉仪的空间调制FT光谱成像仪,推导出相应的光谱调制传递函数和光谱相位传递函数解析表达式,并分析了其物理意义. 光谱传递函数为评价相应光谱成像仪在光谱域的性能提供了一种量化的判据. 与空间域的光学传递函数相结合,成为反映光谱成像仪综合性能的客观依据. 关键词： 傅里叶变换 光谱成像仪 光谱传递函数     

碳卫星超光谱探测仪地面光谱定标

碳卫星超光谱探测仪聚焦于陆地生态系统植被碳汇和森林蓄积量探测,利用670～780 nm谱段的光谱绘制植被荧光的时空分布规律,满足全球碳汇定量监测、森林植被生产力评估的需求。如何有效地标定超光谱探测仪的光谱参数,建立探测仪和被测光谱信息的对应关系是定量化反演的基础。通过光栅方程推导了超光谱探测仪的光谱数据误差模型,并结合光学系统的弥散斑分布函数,卷积得到了超光谱探测仪的仪器线形函数(ILS)分布规律。仿真结果表明,仪器线形函数是缓慢变化的,在一个小光谱范围内ILS可以近似认为是一致的;波长误差是一个系统误差,主要由光栅制造误差等引起,采用已知波长特征谱线标定的方法可以消除。通过真空罐模拟在轨环境,建立了包含可调谐激光器、波长计、旋转散射片、积分球和平行光管等装置的光谱定标系统,提供线宽小于0.001 nm均匀分布的单色标准光源,利用自动化数据处理系统测试探测仪响应曲线和单色标准光源的对应关系,标定超光谱探测仪的光谱参数。超光谱探测仪光谱采样率2.5像元左右,单波长光谱的有效数据点少,无法给出ILS函数的精确数据,以0.015 nm波长间隔单波长扫描的新方法将光谱采样密度提高2个数量级,高...     

木糖醇的红外光谱和拉曼光谱研究

实验测量了木糖醇的拉曼光谱和红外光谱,在相关文献的帮助下,对其谱带进行了初步指认。在拉曼光谱中,1000cm-1～1110cm-1之间的中等强度振动属于C-O伸缩振动和H-C-O弯曲振动。850cm-1到920cm-1之间的振动属于C-C伸缩振动。羟基面内弯曲振动在红外吸收光谱中出现在1300～1500cm-1,O-H的变形振动δO-H出现在1420～1380cm-1。     

对乙酰氨基酚包合物拉曼光谱和红外光谱研究

通过拉曼光谱和红外光谱法分析对乙酰氨基酚包合物,探讨拉曼光谱作为一种新的验证包合物形成方法的可行性.采用饱和水溶液法制备对乙酰氨基酚包合物,共焦拉曼光谱仪和傅里叶转换红外光谱仪分别测定并获得β-CD、对乙酰氨基酚、摩尔比1:1的β-CD与对乙酰氨基酚物理混合物及其包合物四种物质粉末的拉曼图谱和红外图谱并将其进行对照分析...     

杨氏实验远场的光谱位移和光谱开关

从部分相干光的传输定律出发，研究了杨氏双缝实验远场的光谱变化。指出杨氏实验中光谱开关在远场也会出现.缝的衍射和光的空间相干性是产生光谱开关的物理原因，增大缝参量ε和源的空间相关度△光谱开关效应越显著。作了详细的数值计算以说明远场光谱位移和光谱开关的特性，并与已有的工作进行了比较。     

铷光谱灯光谱自吸收现象研究

由自吸收导致的铷光谱灯超精细光谱轮廓变形,对铷原子频标的频率稳定度有不利影响.用F-P干涉仪测量了三种常用铷光谱灯的超精细光谱轮廓,研究了启辉气体种类、压力、谱灯工作温度和激励功率对自吸收的影响.结果表明,充Ar和充Kr谱灯自吸收效应比较显著,充Xe谱灯自吸收不明显;适当增大气体压力、降低灯泡工作温度、增大射频激励功率,可以减小光谱灯的自吸收效应.     

基于多光谱成像的光谱反射率重建

一些对颜色重现要求较高的应用领域需要获取目标表面上各点的光谱反射率。大多数天然物质表面的光谱反射率曲线比较平滑,可视为几个基向量的线性组合。基于这一原理的多光谱成像技术可以准确快速地重建目标表面的光谱反射率。通过对NCS色卡进行主成分分析,得出了彩色印刷品光谱反射率的基向量。建立了一个多光谱成像系统,用以比较基向量个数不同对反射率重建效果的影响。     

对乙酰氨基酚的拉曼光谱和红外光谱研究

文章用理论计算(DFT,密度泛函理论)和实验两种方法得到了对乙酰氨基酚的拉曼光谱(NRS)和红外光谱(IRS)。得到的理论值和实验值的基本符合。通过对其对比分析,再结合相关文献,对其拉曼光谱和红外光谱振动模式的归属分别进行了指认。     

高光谱图像中纯光谱提取方法

利用线性解混合方法处理高光谱图像数据,需要获取存在于光谱图像中的纯光谱.目前的纯光谱提取方法都需要复杂的运算,并且都没有被证明具有普遍适用的特点,在特征空间对光谱图像中信息存在形式进行有效分析的基础上,提出基于特征空间分析和光谱相关制图法相结合的纯光谱提取方法(FSASCM),具有复杂度低、对大多数高光谱图像数据普遍适用的特点,     

苯海拉明的拉曼光谱和红外光谱研究

测量并分析了盐酸苯海拉明的红外光谱和拉曼光谱。在Raman光谱中, 1001 cm-1出现一个极强峰, 在1030 cm-1和618 cm-1各有一个中等峰,此外,在红外光谱中, 714 cm-1和757 cm-1附近出现极强的吸收峰,认定这个化合物中存在单取代苯。C-N的对称伸缩振动出现在837 cm-1, 1433 cm-1和1470 cm-1分别为CH2和CH3的变形振动, 在红外光谱中, 1020 cm-1处明显的吸收峰属于C-O-C反对称伸缩振动。此外, 测量得到含量为25 mg苯海拉明药片的拉曼光谱与纯苯海拉明的拉曼峰比较一致, 可作为无损快速检测该药物的手段。     

基于光谱可调谐光谱重构方法研究

针对光谱重构领域中光谱数据量较大与重构精度较低的问题,提出了一种光谱可调谐的光谱重构方法。在此之前国内外相关研究均是在数百条膜系的基础上进行,并且计算过程比较复杂,该方法利用10条膜系针对不同的单色光源进行实验并进行光谱重构。光谱重构数学模型可以用线性方程组AX=B表示,在实验过程中会受到多种误差源的干扰,如膜系加工与设计间的误差、探测器量子效率拟合误差、杂散光干扰误差以及灰度值选取的误差等。这些误差源造成了线性方程组变为病态方程,造成了目标光谱信息解算的不准确。在解算目标光谱信息的过程中,首先在400～900 nm波长范围内利用凸优化算法解出含有误差的目标光谱信息的初始值,并进行初次拟合,得出含有误差的光谱曲线。然后利用已知的光谱曲线信息判断目标光谱的有效波长范围,对目标光谱范围进行伸缩,在此范围内进行二次局部解算,得出局部波长内的光谱信息,然后对局部光谱信息进行局部拟合,结合初次拟合结果,得出新的目标光谱拟合曲线,进一步提高了光谱重构精度,以此类推,得出精度较高的目标光谱曲线。针对重构精度的评价指标不仅采用了国内外广泛使用的ARE,MSE与RQE,还首次提出了一种新的评价光谱重构精度的指标,即计算目标有效波长范围内每隔10 nm的MSE值,若每10 nm的MSE值小于0.1,则认为光谱重构精度达到了10 nm,该方法不仅有效避免了在求解出现严重偏离真实值的情况,还在凸优化解算过程中提供了约束条件,有利于提高重构精度。实验结果表明该方法在保证MSE,ARE与RQE高精度的条件下,每隔10 nm的MSE最小值达到了0.002 3。基于光谱可调谐光谱重构方法不仅达到了对目标光谱达到高精度重构的效果,而且实现了数据降维。此方法为光谱重构领域的工作方向提供了新的思路,在工程上具有较大的应用价值。     

中国光谱成就奖

正李灿院士:在催化光谱研究领域做出了杰出贡献。特别是发展了原位红外光谱、紫外共振拉曼光谱、短波长手性拉曼光谱和光电成像光谱技术等,解决了多相催化、手性催化和光(电)催化的若干重大科学问题。