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。     

基于谱线匹配技术的星载成像光谱仪星上光谱定标方法研究

介绍了一种基于谱线匹配技术的星上光谱定标方法,该定标方法选取大气吸收线作为匹配谱线,采用相关系数法作为匹配结果判定条件标进行光谱定标。为模拟星上定标过程,将谱线匹配技术应用于振动试验后的成像光谱仪,振动试验可以模拟成像光谱仪在升空过程中受到的振动。星上光谱定标包括成像光谱仪分辨率的确定、面阵探测器光谱维和空间维像元中心波长的定标。由定标结果可知,振动试验后光谱仪分辨率为0.40 nm,与振动试验前相比没有发生变化;光谱维像元中心波长向长波偏移0.08 nm(小于一个像元);空间维像元光谱弯曲(光谱smile) 向短波方向弯曲,最大弯曲值为0.96 nm,近似于振动试验前光谱弯曲值。由此验证了谱线匹配技术进行星上光谱定标的可行性。     

Offner型成像光谱仪波长使用范围和光谱分辨率研究

研究了Offner型成像光谱仪消像差结构的参量和性能.用几何法推导出Offner型成像光谱仪的波长使用范围、系统线色散以及光谱分辨率的计算公式;在理想像差条件下,分析了Offner型成像光谱仪光谱分辨率与入射狭缝的宽度、凸面光栅分辨率和探测器像元尺寸各个因素之间的关系;探讨了提高光谱分辨率采用的方法和技术,解决了光谱仪的各个参量和光谱分辨率之间的矛盾.研究表明:当系统像差很小可忽略时,通过减小狭缝宽度,有利于提高光谱分辨率;Offner型成像光谱仪的分辨率由入射狭缝宽度、光栅和CCD像元尺寸三者中分辨本领最低的参量确定.     

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.     

基于ZnSe平板波导的小型光谱仪光学系统设计

一般光谱仪的小型化是通过缩小元件尺寸和元件间距离实现的,会降低仪器的性能。为实现高光通量、高光谱分辨率的红外光谱探测,提出一种基于ZnSe平板波导的小型光谱仪的设计方法。说明平板波导结构压缩光束的原理,根据介质中光栅的衍射特性,推导出光谱分辨率与各个参数的关系,给出一个小型光谱仪的具体设计。仪器的光谱范围为8~14μm,光谱分辨率为80 nm,数值孔径为0.3,光学系统是一整块ZnSe平板波导,尺寸为70 mm×70 mm×4 mm。并与相同设计指标下一般Czerny-Turner结构的光谱仪进行对比分析。结果表明基于ZnSe平板波导的小型光谱仪系统尺寸更小,光谱分辨率更高,光通量更大。     

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。     

空间外差光谱仪基频波长的定标

基于空间外差光谱仪的工作原理和干涉图的产生机制,提出了一种空间外差光谱仪的基频波长定标方法。沿干涉条纹法线方向求取像元相位,通过对法线方向的像元相位进行线性拟合求取相位直线的斜率,该相位斜率与干涉条纹法线方向的空间频率具有对应关系,在获取两种已知波长的激光干涉图的相位斜率后即可确定该空间外差光谱仪的基频波长。四组波长数据的测试结果显示,用该方法定标的基频波长具有很好的一致性,标准差为0.044 nm。定标结果仿真的光谱与实测光谱完全一致,证明了该方法的可行性。     

基于内拼接法的宽视场成像光谱仪研制

为了增大成像光谱仪的视场,提高遥感成像的作业效率,开展了内拼接宽视场成像光谱仪的设计和研制。针对推扫成像方式,分析了基于内拼接法的宽视场成像光谱仪的组成。利用两台Offner凸面光栅分光系统进行拼接,研制了原理样机。在实验室中对原理样机的像元对准误差、光谱分辨率和调制传递函数进行测试并进行了室外成像实验。测试结果表明原理样机光谱维像元对准误差约为0.15个像元（波长为479 nm）,交轨方向和顺轨方向空间维像元对准误差分别为0.16个像元和0.19个像元。原理样机的光谱分辨率约为1.6 nm,Nyquist频率处的调制传递函数值约为0.2。通过原理样 机的研制和实验验证了内拼接法增加成像光谱仪视场的有效性。     

Wollaston棱镜阵列干涉光谱仪的研制及其光通量的分析

利用空间调制干涉光谱技术研制了基于双层Wollaston棱镜组的干涉仪原理样机,用该样机进行了干涉光谱实验,采集了He-Ne激光器干涉图像,通过对图像进行数据处理,获得了光源的归一化光谱图。并对样机系统做了光通量分析。它与传统的使用单个Wollaston棱镜测量光谱的方法相比,光谱分辨率和光通量可以提高一倍以上。     

非共面Offner结构高分辨率成像光谱仪设计

Offner成像光谱仪在大色散需求下成像质量不足并且易发生光线遮挡,为此设计了一种基于罗兰圆条件的非共面Offner结构光谱仪。分析并推导出了一种非共面Offner结构成像光谱仪的消除像散及彗差同时解决光线遮挡的设计方法。使用该方法设计出光谱范围为350~1000 nm,色散宽度为12.6 mm的成像光谱仪。在奈奎斯特频率(30 lp/mm)下其调制传递函数在全视场、全光谱范围优于0.78,点列图均方根半径优于4μm,同时,系统的谱线弯曲及谱带弯曲均小于1%像元尺寸。最后,将非共面Offner结构成像光谱仪与传统Offner结构进行对比,结果表明,在高光谱分辨率需求下,当入射狭缝较小时,非共面Offner结构光谱仪具有更好的成像质量,并且在谱线弯曲及谱带弯曲的控制上具有优势,可用于小体积高光谱分辨率成像光谱仪器设计。     

应用ResNet和CatBoost检测重放语声*

针对短语声指令声频信息少、不适用句子级重放语声检测的问题以及近距离录声后用高质量重放设备重放的语声难以检测的问题，提出了一种适用于词级重放语声检测的模型。首先，利用短时傅里叶变换、低频平均能量计算和帧排序等方法选择声频帧，然后提取这些帧的伽马通频率倒谱系数。其次，用基于自注意机制的残差网络模型进一步提取伽马通频率倒谱系数中的信息，并转化为特征向量。最后，将提取后的特征向量用CatBoost分类，从而提高检测性能。在POCO数据集上的实验结果表明，提出的方法可以以87.54%的准确率和12.53%的等错误率检测重放语声，优于基线和现有的方法。该文提出的方法在ASVspoof2019 PA数据集上的等错误率与串联检测代价函数分别为4.92%和0.1418，证明该文方法也适用于多种设置的重放语声检测。     

基于多相组重建的航空图像超分辨率算法

为提高航空图像的空间分辨率, 提出一种基于多相组重建的超分辨率算法. 融合图像间的互补信息, 将多帧低分辨率图像作为图像基, 参考帧分解为多相组, 利用差异采样特性构建图像基与参考帧之间的的多相组线性关系重建得到高分辨率图像的多项组, 经图像多相分解逆变换获得融合的高分辨率图像. 根据该融合图像的局部内容和结构信息自适应调整控制核核函数, 应用改进的控制核回归算法去除图像模糊和噪声得到清晰的超分辨率图像. 与传统算法相比, 该算法无需图像配准和迭代过程, 计算效率极大地提高. 实验结果表明, 本文算法能够有效提高航空图像的空间分辨率, 在定量评价指标和主观视觉效果方面都有显著提高.     

双光栅切换微型平场全息凹面光栅光谱仪

基于CCD的微型平场全息凹面光栅光谱仪,以其简单紧凑的结构和快速高效的工作方式在光谱分析领域获得了广泛的应用。但是,由于受限于色散距离,单纯依靠优化光栅像差很难进一步使光谱分辨率获得大幅提高。提出一种双光栅切换微型平场全息凹面光栅光谱仪的设计方法,用两个使用结构相同的光栅代替传统的单光栅设计,给出一个光谱范围为400～1000nm光谱仪的具体设计,计算显示光谱分辨率最大可提高为原来的2.5倍。通过对光栅衍射效率的计算分析,说明此方法能够显著改善仪器的通光效率。设计制作了原理样机,进行了装调测试,实验结果与理论计算相吻合。     

基于单数码相机的三维视觉测量数据拼接方法

针对大型物体三维形貌视觉测量,提出了一种新的视觉测量三维数据拼接方法。以一台高分辨率数码相机作为全局测量设备,在测量过程中固定不动,并以数码相机坐标系作为全局坐标系。视觉传感器流动到不同位置对物体各子区域进行测量,获得局部坐标系下的三维数据。以一平面靶标为中介将视觉传感器在各位置的局部坐标系统一到全局坐标系下,从而将三维数据统一到全局坐标系下,完成三维拼接。该方法无需在被测物上贴标记,因此适用于任何材质的被测物,且消除了拼接累积误差。实验结果表明,该方法相对拼接误差为0.076%。以Venus石膏像为被测对象,视觉传感器对其三个局部区域进行测量,给出了局部测量结果及拼接结果。     

Distributed Bragg grating sensing with a direct group-delay measurement technique

A new method of distributed in-fiber Bragg grating sensing is proposed. A method is outlined by which the strain field imposed upon a Bragg grating sensor is obtained by measurement of the sensor's reflectivity and delay characteristics. The proposal is demonstrated by interrogation of two loaded samples. Strain distributions from these experiments are compared against a theoretical estimate. The data treatment is also discussed. Strain resolution is found to be +/-24 microepsilon, with a spatial resolution defined by a minimum spatial wavelength component of the coupling distribution of 1.65 mm.     

基于普通CCD的每秒百万帧高帧频成像方法

针对CCD图像输出时间长影响其帧频率的问题,提出了一种基于普通CCD实现超高帧频成像的方法.采用掩膜覆盖CCD的光敏区,建立图像的片上存储空间,消除CCD电荷转移输出占用过多时间的影响,可以使普通CCD的帧频达到每秒百万帧频以上.介绍了不同掩膜实现方案的优缺点,讨论了掩膜图像的恢复方法,采用条状孔掩膜方式建立了基于普通CCD的每秒百万帧高帧频成像系统样机,利用氙灯对样机性能进行验证,获得了14幅79×79像素的氙灯发光过程图像,样机帧频率达到了每秒200万帧的超高速度.     

Two-photon reduction: a cost-effective method for fabrication of functional metallic nanostructures

Metallic nanostructures have underpinned plasmonic-based advanced photonic devices in a broad range of research fields over the last decade including physics, engineering, material science and bioscience. The key to realizing functional plasmonic resonances that can manipulate light at the optical frequencies relies on the creation of conductive metallic structures at the nanoscale with low structural defects. Currently, most plasmonic nanostructures are fabricated either by electron beam lithography (EBL) or by focused ion beam (FIB) milling, which are expensive, complicated and time-consuming. In comparison, the direct laser writing (DLW) technique has demonstrated its high spatial resolution and cost-effectiveness in three-dimensional fabrication of micro/nanostructures. Furthermore, the recent breakthroughs in superresolution nanofabrication and parallel writing have significantly advanced the fabrication resolution and throughput of the DLW method and made it one of the promising future nanofabrication technologies with low-cost and scalability. In this review, we provide a comprehensive summary of the state-of-the-art DLW fabrication technology for nanometer scale metallic structures. The fabrication mechanisms, different material choices, fabrication capability, including resolution, conductivity and structure surface smoothness, as well as the characterization methods and achievable devices for different applications are presented. In particular, the development trends of the field and the perspectives for future opportunities and challenges are provided at the end of the review. It has been demonstrated that the quality of the metallic structures fabricated using the DLW method is excellent compared with other methods providing a new and enabling platform for functional nanophotonic device fabrication.     

Raman spectroscopic detection for liquid and solid targets using a spatial heterodyne spectrometer

Spatial heterodyne Raman spectroscopy (SHRS) is a new type of effective method for the analysis of structure and composition of liquid and solid targets with the characteristics of no moving parts, high spectral resolution, high optical throughput and large field of view. The technique is very suitable for detecting the targets from long distances or under the conditions with ambient light, which is essential for the exploration of planetary surface. In order to have a better understanding of the ability of SHRS for the detection of liquid and solid targets, a breadboard was designed, built and calibrated. Signal to noise was estimated at different integration time or laser power for carbon tetrachloride. Pure materials or materials contained in bottles were both tested. The mixture of organic liquids or inorganic solids were tested. In order to test the detection ability for natural targets, some composition‐unknown rocks and pebbles were tested. The results have shown that SHRS can meet the requirements for the detection of weak Raman signal scattered from artificial or natural targets. Standoff detection of sulfur from 5‐m or 10‐m distance without using any telescope or collimation optics was also tried to test the high optical throughput of SHRS. The potential feasibility of standoff detection has been proved. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Optical design of a toroidal grating monochromator based beam line on Indus-1

In this paper, we discuss the detailed optical design of a beam line that is under construction on the synchrotron radiation source, Indus-1. Toroidal mirrors are used as pre-and post- focusing elements and a toroidal grating monochromator as a dispersing element. Using three interchangeable gratings, this monochromator will give, at a moderate resolution, a good throughput on the sample in the wavelength range 40 to 1000 Å. Effect of various parameters and their optimization on the resolution and throughput characteristics have been studied by ray tracing calculations, and presented.