手持式分光测色仪设计

为了代替人眼对物体表面的颜色进行信息检测,设计了LED光源手持式分光测色仪。首先,通过计算不同测量波长分布和分辨率在标准光源照射下的三刺激值,比较它们的相对误差,选取了波长分布为400～700 nm、分辨率为10 nm作为光源的主要设计参数。接着,对照明光源进行研究,通过对卤钨灯、脉冲氙灯与LED光源的均匀色空间坐标进行对比,选取了LED光源作为仪器的照明光源。然后,讨论了不同照明和观测条件及人眼观测颜色的差异,选取以45°方向照明、0°方向接收作为照明和观测条件。最后,进行了照明系统设计和总体结构设计。实验结果表明,测色仪目标中心位置的最大光照强度为9.91×10~(-3) lm/mm~2,平均照度为7.06×10~(-3) lm/mm~2,基本满足了手持式分光测色仪精度较高、轻小型化、光照充足且均匀的设计要求。     

机载大视场高光谱成像系统设计

为适应机载高光谱成像系统的发展需要,设计了一种机载大视场高光谱成像系统。前置望远系统为大视场宽谱段透射式系统,高光谱成像仪为基于Offner次镜的改正型Féry棱镜中继系统。系统设计过程中两次使用Zemax多重组态设计;尝试将Offner次镜的改正型Féry棱镜设计为高光谱成像仪;将Féry棱镜高光谱成像仪集成为高光谱成像系统进行一体化系统分析。该设计在结构和设计方法上均有改进。设计的大视场可见近红外高光谱成像系统视场可达28°,机载载荷高度为5km时,全系统的刈幅宽度为2.493km,地面分辨率可达0.6m。左半视场和右半视场全谱段调制传递函数均大于0.6,最大谱线弯曲和谱带弯曲不到0.2pixel,成像质量接近衍射极限。     

双包络去除和OPLS的土壤有机碳含量反演

土壤有机碳(SOC)对土壤肥力至关重要，可见-近红外光谱能对其实现快速反演，为区域监测和定量遥感提供基础。针对包络去除(CR)仅提供反射光谱的单向吸收特征，多元回归中预测信息缺失、拟合结果未充分反映波段特征，利用世界土壤数据库245份中国土样的可见-近红外光谱，首次提出双包络去除(BCR)与正交偏最小二乘(OPLS)结合的反演方法BCR-OPLS，同时纳入光谱反射率及上、下边包络去除量，讨论组分参考值偏态分布时幂函数或对数缩放在回归时的优化作用，建立多种土壤的综合与分类估计模型，并导出适用特定类型土壤的SOC指数。结果表明，对多种土壤有机碳含量反演，相较PLSR模型(决定系数R2和估计根均方误差RMSEE分别为0.69和0.45%)，BCR-OPLS模型的预测能力明显改善(R2和RMSEE分别为0.9和0.26%)；而对单一类型土壤的反演精度则进一步提升，根据载荷趋势和变量重要性建立的SOC指数，预测如黄色铁铝土的有机碳含量时(以400，590和920 nm)，其反演结果R2达到0.94、RMSEE达到0.21%。双包络去除与OPLS相结合，增强了光谱特征诊断的鲁棒性，提高了不同类型土壤的综合与分类SOC全谱反演精度，基于直观的图谱表达可构建简单的波段预测关系，深化了物理经验吸收与统计多元回归之间的联系。     

用于液晶可调谐滤光片型多光谱成像仪的中继成像系统设计

液晶可调谐滤光片(LCTF)是多光谱成像中一种高效的分光元件,但其物理尺寸超出了一般商业镜头的法兰距,很难直接与商业镜头及工业相机结合进行多光谱成像。设计了一种工作在单位放大率下的中继成像系统,用以适应它们的接口关系。其工作波段为400～720nm,工作F数为4.5,利用完全对称的结构,自动校正彗差、畸变和垂轴色差,设计结果满足多光谱成像的使用要求。该系统结构紧凑,生产成本低,适用于液晶可调谐滤光片型便携式多光谱成像仪的模块化设计。     

函数拟合红外焦平面阵列非均匀性校正FPGA实现研究

结合红外焦平面阵列（Infrared Focal Plane Array,IRFPA）非均匀性校正的工程实际,设计了基于函数拟合的校正算法,采用大容量高速现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）器件,实现了该非均匀性校正系统,它能有效适应红外焦平面阵列器件响应特性的大动态范围和非线性,具有体积小、运算速度快和校正准确度高等优点.     

空间调制干涉光谱成像仪数据误差修正方法

针对空间调制干涉光谱成像仪获取数据的特殊性,提出一种数据误差修正方法,修正了干涉数据的探测器误差和光学系统误差.对于光学系统导致的光场分布不均匀误差,采用多项式拟合的方法从干涉数据中直接获取误差修正数据.利用实际仪器获取的数据对上述方法进行了计算机仿真,得到了较好的误差修正结果.     

图像融合效果评价方法研究

以IKONOS影像为数据源，对IHS、PC，Gram—Schmidt和基于亮度调节的平滑滤波（SFIM）四种融合算法进行融合处理，对其结果进行了评价．结果表明，定性比较主观性较强，定量比较方法虽多，但大都有一定的局限性，不同谱段的计算结果总有些差异．因此，定量评价时应该多选一些波段与评价方法才能获得比较客观的评价结果．光谱曲线的比较不失为一种比较好的方法，在对光谱曲线进行比较时本文引入了光谱角度和几何距离两种方法进行定量的比较．     

两种干涉成像光谱技术方案的比较

对"大孔径静态干涉成像光谱技术"方案与以色列学者提出的"两维景物光谱同时测量方法"进行了分析和比较,讨论了这2种干涉成像光谱技术方案中干涉仪与成像光学系统两方面的差异,通过计算机模拟,给出了"两维景物光谱同时测量方法"的光程差非线性变化。受"两维景物光谱同时测量方法"的启发,提出基于横向剪切干涉仪的时间调制型干涉成像光谱技术方案,研究了匀速转动横向剪切干涉仪时,各不同视场像元处光程差的变化规律。     

一种机载多光谱相机的光学系统设计

采用外视场拼接的实施方案实现了机载多光谱相机宽幅覆盖和高空间分辨率的需求.先通过探测能力估算和指标要求论证了子系统的设计参量,然后基于光线追迹的原理给出了光学子系统的设计结果.该子系统采用了6组共9片的双高斯复杂化结构型式,焦距为175 mm,相对孔径为1/3.6,光谱范围500～900 nm,全视场角18°.该设计结果成像质量高,色差、畸变及弥散斑尺寸均满足系统拼接要求.该系统对加工装调要求适中,可为该类多光谱相机的设计提供参考.     

固体马赫-曾德尔成像光谱仪反演模型及误差分析

基于一种固体马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)成像光谱仪,从理论上严格推导了其光谱反演模型,通过该光谱反演模型着重分析了反射面平移误差对系统光谱反演带来的影响。运用Zemax软件建立了成像光谱仪的仿真模型,并运用该仿真模型对固体马赫-曾德尔成像光谱系统光谱反演及平移误差推导结果进行了仿真验算。理论推导及仿真结果表明,固体马赫-曾德尔成像光谱仪中反射面的平移误差将对系统的光谱反演结果带来影响,并且光谱的反演误差与两路剪切分光光路中反射面平移误差的总和相关。因此,在固体马赫-曾德尔成像光谱仪的研制过程中,需要严格控制两路平移误差的总和,或通过适当的补偿遏制其对测量结果的影响,提高系统的光谱测量精度。