宽光谱Czerny-Turner光谱仪中的彗差与分辨率

小型光谱仪较多地采用Czerny-Turner(切尼—特纳)光路结构,其设计应遵循Shafer消彗差原理消除中心波长处的初级彗差并尽量平直整个谱面以提高分辨率。但常规设计并未考虑非中心波长处彗差和分辨率的变化情况。在对两种典型切尼—特纳光路结构进行初级彗差分析的基础上,指出交叉型光路结构宽光谱范围内的分辨率呈“V”形,而M型光路结构分辨率在全光谱范围内变化较小,近似呈“一”形,即后者宽光谱范围内的分辨率一致性远好于前者。针对于此,该文设计了光谱范围为400～600 nm的2种光路,并对其进行了理论计算和对比实验,实验结果表明,两者边缘波长处分辨率分别比中心波长处分辨率低3.7倍和1.2倍,与理论计算结果基本一致。     

盲目反卷积光谱图超分辨复原算法

反卷积是实现光谱图超分辨复原的重要手段,与常规反卷积相比,盲目反卷积具有不需要预先准确获取卷积核函数的优势。着眼于充分利用光谱信号的特点和已有的光谱图反卷积成果,详细讨论了空域迭代盲目反卷积方法用于光谱图反卷积时的算法实现问题,并在分析光谱图卷积退化过程的基础上,针对光谱图反卷积算法特点,提出了光谱图卷积退化简化计算模型和最小二乘高斯拟合模型,以解决算法中相应的计算问题。基于Matlab平台的仿真表明,对于所用的高斯型谱线和点扩散函数,空域迭代盲目反卷积算法效果良好,在信噪比为50 dB时,分辨率提高约30％。     

基于光纤多狭缝的亚像元光谱采样及复原

光栅光谱仪的分辨率与其光通量之间存在折衷的关系。亚像元-反卷积序列光谱图复原方法可以在不降低光通量的前提下提高其分辨率。为使该方法能够应用在采用阵列探测器的小型便携式光谱仪上,提出了一种光纤多狭缝的设计方法,以获取亚像元重建所必须的序列光谱图。该方案的主要优点是无需微动机构,没有显著的像差变化,有利于简化算法。     

光栅光谱仪的整体建模与分析

理论模型是研究光谱技术,开发光谱仪器的重要工具。文章提出了一种对现代光栅光谱仪进行整体建模与分析的方法。与现有方法仅局限于光学成像等局部环节不同,该方法从光谱信息传递和变换的角度将光栅光谱仪分割为光学成像、探测、重建和显示4个功能模块,分析各个模块对光谱信息的影响,建立光栅光谱仪的整体模型并导出它的传递函数。进一步,又利用它们分析了各模块对仪器整体性能的影响规律,并揭示出要获得高质量的光谱图必须增加基带响应,抑制假响应,而重建模块将是重要途径。     

常规光谱仪器分光系统的比较

革新常规光谱仪具有现实的技术和经济价值,是推动光谱仪器不断发展的重要途径。鉴于分光系统决定着常规光谱仪的基本性能,是革新常规光谱仪的关键,文章对常规光谱仪的分光系统进行了比较,以揭示各典型分光系统的特色和内在衍化动力。文章从决定要素及公式、典型数据三方面对各典型分光系统的基本特性指标：(光谱范围、分辨率、色散率和光通量)进行了逐一和综合的横向比较, 不但揭示出各分光系统的特色和互补性,还表明分辨率与光通量的矛盾普遍存在于常规光谱仪中。以此为主线纵观常规光谱仪的衍化历史,进一步揭示出分辨率与光通量的矛盾运动贯穿始终,是推动其发展的重要动力。这为理解常规光谱仪的发展提供了新的视角,正确的认识和把握分辨率与光通量的矛盾将有利于分析和解决光谱仪器面临的核心问题,加速新型光谱仪器的研制。     

光电探测器对光谱仪器精度的影响

通过优化光谱探测环节来提高光谱仪器的精度是改进或研制新型光谱仪的重要途径。为此,文章基于对光电成像系统中光学传递函数的研究,建立了光谱图像经探测器积分抽样后重建的数学模型,并在此基础上分析了光电探测器积分抽样特性参数对光谱线频谱的影响,讨论了光谱线半宽度与探测器积分区间宽度、灵敏度及抽样间隔的关系,提出了准确重建光谱线,提高光谱仪器波长精度和光度精度的探测器优化原则。     

亚像元光谱图重建算法

获取高分辨光谱图需要克服探测器空间分辨率低的问题。一个有效解决方案是融合多幅相互间在像面内有亚像元位移的低分辨光谱图为一幅高分辨光谱图。为此提出了平均带限递推亚像元算法。根据亚像元递推公式的双向性,分别沿首-末和末-首两个方向各自递推出一组亚像元值,并将它们的平均值作为最终亚像元值。基于高斯单、双峰的数值实验表明,该方法可有效提高重建亚像元光谱图的精度。