像面干涉中非线性干涉光谱数据重构算法EI北大核心CSCD

静态迈克耳孙干涉仪是一种实体式像面干涉仪,可以解决干涉光谱成像仪大视场的技术难点。在采样过程中,静态迈克耳孙干涉仪会引入光程差的非线性干涉误差,导致无法准确复原光谱,因此需要对非线性干涉误差进行修正。分析了非线性干涉误差的理论模型,提出了基于数值拟合的非线性干涉光谱数据重构算法,并进行了仿真验证。仿真结果表明,采用数值拟合的重构算法可成功复原目标光谱,消除非线性干涉误差;与采用线性拟合的重构算法相比,使用柯西色散公式拟合的重构算法的光谱复原精度更高,且吸收峰处的反演光谱与入射光谱的相对误差小于0.7%。     

基于二次成像的像面干涉高光谱成像方法

像面干涉高光谱成像技术主要应用于遥感成像领域,为了实现不同距离目标的光谱成像探测,提出了一种基于二次成像的像面干涉高光谱成像方法。通过在无限远成像系统中加入前端成像物镜、中继准直物镜和横向剪切分束器,构建一个二次成像的干涉系统。通过采用分离式的前端成像物镜方案,选用变焦镜头或不同焦距的定焦镜头,有效地兼顾远、近距离目标的成像光谱探测。对该方法的成像系统、光谱分辨率和推扫方式等方面进行了分析,进一步搭建了实验装置,对室内近场目标和室外远场目标进行了成像实验,并对生物组织进行了显微光谱干涉成像实验。实验结果表明,该成像方法能够有效用于不同距离目标的高光谱成像探测。     

石英单模光纤中非线性光谱特性的实验研究

搭建了一台用于研究石英单模光纤中非线性光谱特性的实验系统。利用磷酸钛氧钾(KTP)晶体倍频电光调Q脉冲Nd~(3+)∶YAG固体激光器,将输出脉宽为10ns,最大峰值功率达到50 MW,波长为531.81nm±0.26nm的激光作为抽运光源,抽运长度分别为250m和500m的石英单模光纤。根据马吕斯定律使用偏振片调节抽运光的输出能量。在实验系统稳定工作的条件下,调节抽运光输出能量分别为220.6kW和170kW时,获得了可见光范围内250m和500m石英单模光纤的多级非线性光谱。基于石英单模光纤中的三阶非线性理论,分析了实验中所获得非线性光谱的特性。理论分析和实验数据均表明:石英单模光纤长度越长,非线性光谱强度、耦合增益系数越大,能量阈值越低,而石英单模光纤长度越短,非线性谱线的展宽和散射附加峰的产生越容易。     

低倍率放大重构像全息干涉图

以傅里叶变换为基础，提出了低倍率放大重构像全息干涉条纹的具体方法，它不仅光路简单，放大倍率可以人为选择，而且由此得到的全息干涉条纹效果很好．     

干涉数据光谱反演方法研究

干涉光谱仪获取的干涉数据是一种中间数据,需要进行光谱反演,常规的方法是采用傅里叶逆变换反演光谱。文章由干涉数据的基本公式入手,推导出干涉数据的混合模型,给出一种基于干涉数据混合模型的光谱反演方法。利用干涉数据对该方法及傅里叶逆变换方法进行计算机仿真,对其光谱反演结果进行对比。由仿真结果可以看出,所提方法反演的光谱精度要优于通用的傅里叶逆变换方法反演的光谱,为干涉数据光谱反演提供新的思路。     

干涉光谱数据处理技术研究进展

干涉光谱成像技术是一类同时具有成像、光谱测量功能的新型信息获取技术,由于干涉光谱成像仪获取的数据是目标的干涉数据,是一种中间数据,不能为用户直接所用,必须通过数据处理技术进行处理才能得到高质量的光谱数据,最终为用户所用.文章将干涉光谱数据处理技术分为通用型和专用型两大类,首先介绍了通用型干涉光谱数据处理技术的发展历程,然后针对干涉光谱成像技术的分类,介绍了不同类型干涉光谱数据的提取方式,对近些年来国内外专用型干涉光谱数据处理技术的发展进行了分析介绍.最后,对干涉光谱数据处理技术的发展趋势进行了展望.     

像元映射变分辨率光谱成像重构

本文讨论了随机滤光片光谱编码-解码的基本原理与重构方法,利用深度学习欠完备自编码器的自动特征提取机制,构建了高精度、低延时的像元映射变分辨率光谱成像重构网络,通过变换像元映射关系完成了2×2、4×4像元阵列光谱重构网络的并行训练。最后,利用512×512、120谱段(430～670 nm)的遥感光谱图像对重构网络进行验证,实现了2×2像元阵列/40谱段重构峰值信噪比达53 dB、均方误差小于0.002、重构用时0.87 s与4×4像元阵列/120谱段重构峰值信噪比达64 dB、均方误差小于10-5、重构用时0.52 s的变分辨率光谱图像重构。实验结果表明像元映射变分辨率光谱成像重构网络具备高精度、低延时的动态变换性能。     

干涉测量波面重构DCT算法研究

采用一种空间移相干涉仪测量凹形非球面反射镜光学表面,使用偏振元件和多幅图像同步采集实现移相,并对测量得到的干涉条纹采用基于离散余弦变换的相位解包裹算法,对不连续相位分布采用非加权的最小二乘法进行优化目标函数,最终重构出被测光学表面的面形.这种结构形式的干涉仪具有一定的抗振能力,同时在数字图像处理上优化了算法,能够快速稳定地得到被测面形,而且对硬件要求不高.结果表明:这种算法能够适用于非实验室条件下的光学测量,在一定干扰条件下可以达到较高的测量精度.     

傅里叶干涉成像光谱技术中的重构方法

在干涉成像光谱仪的光谱复原中,由于系统存在各种误差,若直接对所得干涉图进行傅里叶变换重构,得到的光谱图会产生较大误差甚至错误。介绍了Sagnac型干涉成像光谱仪基本原理,针对上述问题得到一套对采集得到的干涉图进行光谱重构的方法,通过对所采集干涉图进行消趋势项、切趾、相位校正、共轭对称化等步骤的处理,再进行重构,即可有效避免直接重构所带来的误差,使用所研制的原理样机对氦灯等单色光源进行光谱曲线重构实验,得到的光谱强度分布曲线与标称曲线基本吻合,光谱复原精度达到了4nm,具有较好的重构效果。     

卫星干涉多光谱图像压缩新算法

根据卫星干涉多光谱图像的成像特性,提出一种基于分类权值率失真优化截取和自适应编码深度控制的部分SPIHT光谱图像压缩算法.首先根据干涉区域类型和编码平面的重要性,对各棵零树各个编码过程赋予不同的重要性权值,然后采用部分SPIHT算法对每棵零树独立编码,编码时根据比特平面层中重要系数的统计概率自适应地进行3种编码模式的选择,同时依据重要性权值和深度控制因子自适应地控制每棵零树的编码深度,最后在编码深度内,根据不同干涉区域的零树对恢复光谱的失真贡献,采用分类权值率失真方法对码流进行优化截取,使码流分配与失真达成最优.实验结果表明,本算法比传统算法更好地保护了光谱信息.     

高功率激光系统中非线性热像与模糊斑大小的关系

高功率激光系统中非线性热像的强度可能达到光学元件的损伤阈值,从而危及系统的安全运行。明确并避免引起最强热像大小的模糊斑,可以降低热像的破坏威胁。通过理论分析与数值模拟方法,研究了高功率激光系统中非线性热像光强与模糊斑大小的关系。根据角谱传输和Bespalov-Talanov小尺度自聚焦理论,推导出一定厚度非线性介质的热像光强表达式,得到了热像光强随模糊斑大小的变化规律,并用数值模拟结果进行了验证。结果表明,随着模糊斑尺寸的增大,热像光强先是单调增大,达到一最大值后单调下降;热像光强最大时对应的模糊斑大小基本上与由Bespalov-Talanov小尺度自聚焦理论决定的最快增长小尺度调制尺寸相同。     

图像相加实验中像面干涉条纹的消除

本文对图像相加实验中像面上产生干涉条纹的原因从理论和实验上作了分析讨论，找到了消除干涉条纹的方法。     

合成孔径激光成像雷达中非线性啁啾补偿算法的误差分析

可调谐激光器产生的非线性啁啾相位误差会降低合成孔径激光成像雷达(SAIL)的距离向分辨率。已有的补偿算法中使用的相移公式存在估算误差,外差脉冲补偿方法也存在补偿误差。由理论推导得到适合于实际有限数据的相移公式,对理想相移公式产生估算误差的物理原因进行了分析。建立了条带扫描模式下星载SAIL的计算机仿真模型,并对两个相移公式的估算误差、整体补偿和逐一扫描滤波补偿两种方法的补偿误差进行了模拟。仿真结果验证了理论推导结论。最后,给出了减少SAIL非线性啁啾补偿算法中估算误差和补偿误差的方法。     

非均匀采样干涉数据光谱反演技术研究

干涉光谱成像仪获取的干涉数据是一种中间数据,需要进行光谱反演才能够得到目标光谱数据,傅里叶变换方法是常规的光谱反演方法。由于干涉数据中存在非均匀采样问题,若忽略光谱混叠,直接采用快速傅里叶变换会导致反演光谱的失真,难以满足实时处理需求。针对非均匀采样干涉数据的光谱反演需求,将插值及非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)方法应用到光谱反演处理中,对过采样及部分欠采样情况下的非均匀采样干涉数据,提出了相应的光谱反演方法,并分析了方法的适用性。最后对过采样及部分欠采样情况下的光谱反演方法进行计算机仿真,过采样情况下采用NUFFT方法反演光谱的精度要明显高于插值方法,而部分欠采样情况下插值方法反演光谱的精度要明显高于NUFFT方法,并对欠采样造成的光谱混叠有一定的修正,验证了方法的有效性。     

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。     

无干涉条纹的光谱位相相干直接电场重构法

提出一种新的诊断飞秒脉冲振幅与位相的高精度测量方法.该方法发展了传统的SPIDER方法，保留了原方法对脉冲信息可以实时、有效和全面地测取的优点，并能克服其不能测量脉宽较大或位相信息复杂的脉冲的缺点.在新方法中和频后的脉冲对没有相对延时，形成无干涉条纹的剪切干涉图.在调节一个小量延时于某些特定值，可去掉剪切干涉图的歧义性.给出数值模拟结果，证明此方法无需经过傅里叶变换滤波，可直接由干涉图唯一地提取出脉冲的振幅与位相信息. 关键词： 光谱位相相干直接电场重构法 飞秒脉冲测量 超快信息光学     

适于干涉多光谱图像压缩的自适应率控制算法

提出了一种基于优化截取内嵌码块编码（EBCOT）的感兴趣区域（ROD编码干涉多光谱图像压缩方法。小波变换后,对1级分解的高频系数感兴趣区域即包含光谱信息区域进行垂直方向的分解,再对感兴趣区域进行比特平面提升。T1编码器对不同比特平面的编码过程（Codingpass）赋予不同的重要性权值,由高到低依次编码,T2编码器根据所得的比特率自适应地反馈控制T1的编码深度,最后进行率失真优化截取。实验结果表明,该方法提高了恢复图像质量,有效地减少了优化截取内嵌码块编码算法的计算量和内存使用量（bpp-1时,测试图像的整体、感兴趣区域和背景区域平均峰值信噪比均提高0．1dB以上,计算量和内存使用量平均减少40％和60％以上）,编码方式适合干涉多光谱图像压缩系统硬件实现。     

一种新的高效干涉多光谱图像压缩算法

基于干涉多光谱图像特点和应用环境要求,提出一种干涉多光谱图像压缩算法.采用小波域匹配预处理来去除帧间推扫平移带来的数据冗余性,采用基于码率预分配的编码方法,按照预分配到的码率大小控制码块的T1编码深度,减少编码计算量和存储器使用量,易于硬件实现和星上环境的应用.实验数据表明,码率为1 bpp时,该算法提高了恢复光谱的分辨率,满足卫星干涉多光谱图像压缩系统要求.     

电磁感应透明介质中非线性法拉第偏转

利用多重尺度法,解析地研究了V型五能级超冷原子电磁感应透明介质中弱的线偏振探测光的传播特性. 结果表明,仅考虑系统的线性效应,随着耦合光强度的增加,介质对探测光的吸收迅速减少,而探测光的传播速度逐渐增加,但比真空中的光速要低若干个数量级. 同时发现,在相同的外加磁场下探测光的非线性法拉第偏转方向与线性法拉第偏转相反,且偏转角更大. 这说明电磁感应透明介质中探测光的法拉第偏转主要是由系统的非线性效应调控. 关键词： 电磁感应透明 非线性法拉第偏转