研究干涉图处理与光谱复原的一种新方法

简要论述了自行研制的空间调制型偏振干涉成像光谱仪的工作原理及干涉图获取模式，采用三种不同的光谱复原方法分别对干涉图进行了处理和光谱复原，并对实验结果进行了分析比较.将非参数模型Music算法引进到干涉图的光谱复原处理中，极大的提高了复原光谱的分辨率，为超高分辨率的光谱复原分析技术提供了较好的数学模型，为提高光谱分辨率提供了可能的依据和新方法. 关键词： 空间调制 偏振干涉成像光谱技术 光谱复原 Music算法     

对称楔形干涉高光谱成像的光谱复原方法

干涉型高光谱成像技术可以探测目标的空间信息以及光谱特性,在生物医学、材料分析、食品安全和文物考古等领域发挥着重要作用。基于对称楔形干涉腔的高光谱成像方法为光谱探测提供了一种新的技术途径,通过分析系统的干涉原理和工作方式,研究其光谱复原方法。提出干涉图像的校正补偿算法,较好地消除了像面暗斑对光谱复原的影响。针对系统整体推扫的工作方式,研究了基于局部相位相关的快速亚像素图像配准算法,能准确提取目标点干涉数据。对系统光谱传递矩阵进行讨论,提出基于矩阵反演的光谱复原方法。研制原理样机,对场景目标进行光谱成像实验,得到了初步的复原结果。     

单边干涉图的数据处理方法研究

干涉成像光谱仪干涉图的采样方式一般有两种,即单边采样和双边采样,单边采样干涉图往往保留零光程差附近的部分“短双边”采样数据以利于数据处理.本文对空间调制干涉成像光谱仪不同干涉图采样方式下的光谱复原方法进行了研究,讨论了空间调制干涉成像光谱仪单边干涉图的切趾与相位修正,提出了更为合理和准确的方法.研究发现,合理设置短双边数据在减小仪器的原始数据量的同时,能够保证复原光谱的准确度.     

一种新型的空间外差光谱仪平场校正方法

针对已完成光栅胶合的一体化干涉仪组件,提出了一种利用平场校正滤光片形成高频外差干涉调制数据进而进行系统级平场校正的方法。依据空间外差光谱技术干涉调制的原理,给出了平场校正所需的外差干涉频率范围(即平场校正滤光片的光谱范围)的计算方法。通过理论和仿真分析确定了平场校正滤光片的主要技术参数,并进行了实验验证。实验结果表明,该平场校正方法使复原光谱的平均信噪比提升了115.7%,复原光谱的固定频率噪声和高频段光谱失真的抑制效果尤为显著。     

量化对干涉成像仪复原光谱幅值不确定度的影响

推导并分析了干涉图量化对干涉成像光谱仪复原光谱幅值的影响。结果表明,复原光谱幅值的不确定度受量化条件的影响。在确定了干涉图采样点数后,干涉成像光谱仪复原光谱幅值的不确定度与A/D转换器的量化步长成正比;在固定了量化步长后,不确定度随干涉图采样点数的增加而增大;由干涉图量化引起的复原光谱幅值不确定度的大小还与在实际算法中选取的切趾函数形式有关。     

干涉型光谱仪高精度光谱定标方法

干涉型光谱仪获取光谱的干涉数据信息,数据处理过程中将干涉信息进行一系列光谱复原,最终得到光谱信息数据。光谱定标处理是干涉型光谱仪光谱反演的重要环节,直接决定了光谱信息的可用性和准确度。介绍了干涉型光谱仪光谱定标的基本思路,并在此基础上提出了一种基于总光程差精确解算的光谱定标方法。由于干涉型光谱仪总光程差难以精确测量,而总光程差解算是光谱定标的核心和关键,基于此情况,提出了遍历总光程差,分析光谱漂移,最终确定干涉型光谱仪总光程差的总体思路。定标处理中将所有总光程差可能值带入光谱复原流程,进行光谱复原与分析,最终得到光谱漂移最小的总光程差,即为总光程差解算值。该方法可以精确解算干涉型光谱仪的总光程差,进而对干涉型光谱仪进行高精度光谱定标。同时介绍了详细、完整的光谱定标流程,最终得到干涉型光谱仪各个波段的中心波长值、波数分辨率等。最后设计了典型的干涉型光谱仪主要参数,并生成了该光谱仪的模拟干涉数据,利用该方法对模拟数据进行光谱定标,并对光谱定标结果进行了精度分析和验证,证明该方法波数分辨率定标精度优于0.000 25 cm-1。     

窄带高光谱干涉成像的压缩采样复原方法

利用干涉成像光谱仪对目标进行窄带高光谱成像探测具有高光通量、高光谱分辨率和高目标分辨率等优点。按照尼奎斯特定理对窄带光谱干涉信息进行采样存在较大的数据冗余,增加了后期傅里叶变换的数据处理量,影响光谱的复原效率。在分析窄带光谱傅里叶变换特性的基础上,提出了基于滤光片光谱透射率函数的窄带光谱压缩采样方法。引入滤光片参数和混叠参数,可以复原不同精度的窄带光谱信息。配以符合要求的多带通窄带滤光片,可对目标进行压缩采样获取多个谱段的窄带光谱信息,从而避免了逐个谱段探测,提高了探测效率。对该方法进行了仿真分析和实验验证,得到了与目标光谱相吻合的复原窄带光谱。     

时空混合调制型偏振干涉成像光谱仪干涉图获取模式研究

基于自行研制的时空混合调制型偏振干涉成像光谱仪（TSMPIIS）,提出了一种新的干涉图和光谱的获取模式,分析了干涉数据的排列方式,详细阐述了不同时刻获得的一系列干涉图组合的方法,并由TSMPIIS获得了单色光和复色光的干涉图.理想的干涉图和复原光谱充分显示了这种探测模式的优越性,如宽场、高探测灵敏度和高通量等. 关键词： 时空混合调制 偏振干涉成像光谱仪 获取模式     

空间调制干涉光谱成像仪的星上定标系统稳定性研究

空间调制干涉光谱成像仪对地物光谱辐射信息以目标像元干涉图的形式进行采集,系统定标后,复原的光谱图能定量地反映地物目标实际对太阳光的漫反射特性。分析了空间调制干涉光谱成像仪的定标原理,经计算推导和实验,介绍了空间调制干涉光谱仪的星上定标系统,并进行了实验室光谱测试和航天元件的多种环境测试,解决了空间调制干涉光谱仪星上定标技术的关键组件定标光源、光谱滤光片、积分球组件的技术难点,对定标卤钨灯进行了辐射稳定性测试,光谱滤光片进行了光学性能测试和粒子辐照试验,星上积分球组件进行了环境力学试验和热真空实验,均得到了较好的结果。通过全孔径、部分视场的相对光谱定标,能够得到星上定标光谱和干涉图,在经过不同条件下复原光谱比较后,证明此星上定标系统是稳定可靠的。     

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%。     

动态混沌扰动遗传算法的振动模糊高光谱图像复原

高光谱图像具有较高的光谱分辨率和空间分辨率,从而具备区分诊断地物光谱特性的能力,但是在获取高光谱图像时,经常会由于载荷平台的振动,导致光谱图像失真,严重影响光谱图像在应用中的精度和可信度。提出一种能够将振动模糊高光谱图像复原的动态混沌扰动遗传算法, 该算法对比于普通的遗传算法,不会出现过早收敛,能够较准确的恢复图像,提高光谱质量。根据振动模糊图像的退化原理,找到振动模糊图像与清晰图像之间的映射关系和振动模糊图像的点扩散函数。针对振动模糊图像退化的非线性和混沌系统特征,用tent映射生成混沌初始种群,增强遗传算法的全局搜索能力。对产生的优秀个体,用切比雪夫映射进行混沌扰动,对优秀个体混沌优化,以增强遗传算法自身局部搜索能力。将三维高光谱影像平铺为二维图像,利用相邻的光谱通道的图像相关性,对每一幅图像进行复原,从而实现三维高光谱数据的复原。在澳大利亚机载Hymap成像光谱仪所提供的数据立方体中,进行了两组不同的振动模糊光谱图像复原仿真验证。将所提出的方法与近期使用的光谱图像复原算法和遗传复原算法进行对比分析,图像采用无参评价方法灰度平均梯度GMG和拉普拉斯算子LS,有参评价方法信噪比SNR和峰值信噪比PSNR,光谱采用光谱信息散度SID和光谱梯度角SGA评价方法,发现各个评价指标均有大幅改善。与最新的光谱复原算法相比,SNR提高了60%,PSNR提高了10%,GMG提高了11%,LS提高了11%,SID降低了39%,SGA降低了5%。与原遗传算法相比,图像的SNR提高了51%,PSNR提高了12%,GMG提高了33%,LS提高了43%,SID降低了39%,SGA降低了16%。计算结果表明该方法对恢复振动模糊高光谱图像数据非常有效,不仅能提高单波段图像的清晰度,光谱数据立方体的光谱质量也明显提高。     

Coincidence of checkerboard charge order and antinodal state decoherence in strongly underdoped superconducting Bi2Sr2CaCu2O8 + delta)

The doping dependence of nanoscale electronic structure in superconducting Bi(2)Sr(2)CaCu(2)O(8 + delta) is studied by scanning tunneling microscopy. At all dopings, the low energy density-of-states modulations are analyzed according to a simple model of quasiparticle interference and found to be consistent with Fermi-arc superconductivity. The superconducting coherence peaks, ubiquitous in near-optimal tunneling spectra, are destroyed with strong underdoping and a new spectral type appears. Exclusively in regions exhibiting this new spectrum, we find local "checkerboard" charge ordering of high energy states, with a wave vector of Q = (+/- 2pi/4.5a(0),0); (0, +/- 2pi/4.5a(0)) +/- 15%. Surprisingly, this spatial ordering of high energy states coexists harmoniously with the low energy Bogoliubov quasiparticle states.     

高光谱遥感信息中的特征提取与应用研究

特征提取、度量与分析是高光谱遥感应用的基础.面向高光谱遥感数据的特点, 将光谱特征划分为点尺度、面尺度和体尺度三个尺度的特征.基于特征属性与算法原理, 构建了光谱曲线特征、光谱变换特征和光谱度量特征三个层次的高光谱遥感光谱特征体系, 并对光谱特征提取与应用进行了深入探讨.光谱曲线特征包括直接光谱编码、光谱反射与吸收特征等, 光谱变换特征包括植被指数、导数光谱等, 光谱度量特征则包括光谱角、SID、相关系数和距离等.在分析特征算法原理的同时对其特点和应用进行了探讨.试验表明四值编码、光谱角和SID在应用中能够取得较好的效果.     

Observation of Y(2175) in J/psi --> etaphif0 (980)

The decays of J/psi --> etaphif(0)(980)[eta --> gammagamma, phi --> K(+) K(-), f(0)(980) --> pi(+)pi(-)] are analyzed using a sample of 5.8 x 10(7) J/psi events collected with the BESII detector at the Beijing Electron-Positron Collider. A structure at around 2.18 GeV/c(2) with about 5 sigma significance is observed in the phif(0)(980) invariant mass spectrum. A fit with a Breit-Wigner function gives the peak mass and width of m = 2.186+/-0.010(stat)+/-0.006(syst) GeV/c(2) and Gamma = 0.065+/-0.023(stat)+/-0.017(syst) GeV/c(2), respectively, which are consistent with those of Y(2175), observed by the BABAR Collaboration in the initial-state radiation process e(+)e(-) --> gamma(ISR) phif(0)(980). The production branching ratio is determined to be Br(J/psi --> etaY(2175))Br(Y(2175)- -> phif(0)(980))Br(f(0)(980) --> pi(+)pi(-)) = [3.23+/-0.75(stat)+/-0.73(syst)] x 10(-4), assuming that the Y(2175) is a 1(--) state.     

钠分子B^1∏u与2^1∑g^＋间的碰撞激发转移

The B 1pi(u) electronic state of Na2 was excited by the 441.6 nm He-Cd laser line. The Na atomic transitions and the A 1sigma(u)+ --> X 1sigma(g)+ band of Na2 were recorded. From the intensities and spectra of the Na and Na2 fluorescence several collisional processes in the excited sodium atom-dimer system were identified. The Na atomic lines are the result of collisional energy transfer from Na2 (B 1pi(u)) to Na(3P). Predissociation process may also contribute to atomic fluorescence. The A 1sigma(u)+ --> X 1sigma(g)+ band is interpreted through a populating mechanism involving collisional transfer from B 1pi(u) to 2 1sigma(g)+ followed by a radiative transfer to the A 1sigma(u)+ state. From the decay constants and fluorescence intensities, the rate coefficient at 360 degrees C for collisional energy transfer from Na2 (B 1pi(u)) to Na2 (2 1sigma(g)+) was found to be 5.7 x 10(-10) cm3 x s(-1). The predissociation rate of the B 1pi(u) is 2.7 x 10(6) s(-1).     

唐卡主色矿物颜料光谱分析

唐卡作为一件艺术品,具有较高的历史价值和艺术价值。对唐卡的矿物颜料进行鉴别分析,对唐卡的鉴定、修复、数字化存档、再现等具有非常重要的意义。该研究对唐卡主色矿物颜料进行体系性的光谱分析,选用唐卡绘制过程中5种主色常用的矿物颜料,深入分析矿物颜料的可见光、近红外、短波红外光谱特征产生机理,总结了不同色系矿物颜料可见光、近红外、短波红外谱段光谱特征。通过分析同一矿物颜料粉末、调和骨胶颜料以及颜料上布色卡光谱特征,发现粉状颜料调和骨胶后,反射率整体下降,在1 447和1 928 nm附近出现两个水的强吸收特征。而当骨胶溶物涂绘上布后,随着膏状颜料中水分的减少,上述两个吸收特征均变弱,个别颜料在1 447 nm处的吸收特征甚至消失。因此,矿物颜料粉末和颜料上布色卡光谱极为接近,可以在后期的唐卡颜料分析中直接利用唐卡矿物颜料粉末光谱进行匹配分析。唐卡红色矿物颜料为朱砂,矿物成分主要为HgS,其光谱在可见光波段先降后升,500 nm附近形成一个较深的吸收特征,且吸收峰较宽（430～530 nm）,红光谱段附近反射率急速升高,近红外波段反射率变化较为平直,在1 940和2 250 nm附近有弱吸收特征。唐卡黄色矿物颜料主要有三种：土黄（雄黄、雌黄）,赭石及金箔,主要成分分别为硫化砷、氧化铁及金。其特征光谱在可见光谱段集中在400～500 nm之间,不同颜料的吸收特征位置和吸收深度均不同。赭石在近红外波段的反射率整体较低,且860 nm附近还出现了吸收特征;而雄黄、雌黄和土黄则在近红外和短波红外谱段表现出反射率较高且波形平直,在1 890和2 230 nm附近有弱吸收特征;金箔在可见光波段的吸收特征窄浅,可作为区分的依据。唐卡蓝色矿物颜料为石青,主要矿物成分为蓝铜矿,其光谱在500～1 000,1 500,2 040,2 285和2 350 nm附近均有较强吸收特征,而在1 885和1 980 nm处有弱吸收特征。唐卡绿色矿物颜料为石绿,主要矿物成分为孔雀石,其光谱在550～1 000 nm有较强的宽吸收特征,在2 270和2 350 nm有明显吸收特征。尽管石青和石绿主要矿物成分皆为碳酸铜,但石绿在900～1 900 nm红-近红外谱段反射率增加较缓,1 500 nm无吸收特征,可以作为区分石青和石绿的依据。唐卡白色矿物颜料为砗磲和白土,主要矿物成分分别为碳酸钙和高岭土。在可见光谱段范围,砗磲在370 nm有弱吸收特征,而白土则在370和730 nm处有两个明显的吸收特征,可作为区分。在短波红外和近红外谱段,白土在1 425,1 930和2 230 nm均具有明显吸收特征,砗磲则在1 930和2 320 nm有明显吸收特征,1 440 nm处吸收特征较弱。且同种矿物颜料粉末,矿物粉末颗粒越大,颜料颜色越深,其光谱特征反射率越低。     

Selective suppression and excitation of solid-state NMR resonances based on quadrupole coupling constants

The dependence of the (Rotor Assisted Population Transfer) RAPT enhancement on offset frequency for nuclei experiencing different quadrupolar couplings has been exploited to design two new spectral editing schemes, pi/2-RAPT and RAPT-pi-RAPT, for the selective excitation or suppression, respectively, of nuclei with large quadrupolar couplings. Both approaches are demonstrated on the 87 Rb spectrum of Rb(2)SO(4), which contains two resonances with C(q) values of 2.6 and 5.3 MHz. The conditions for optimal selectivity are discussed. Combining pi/2-RAPT with the RIACT MQ-MAS experiment it is also demonstrated how a pure absorption mode triple quantum MQ-MAS spectrum devoid of narrow resonances can be obtained.     

Quasiparticle line shape of Sr2RuO4 and its relation to anisotropic transport

The bulk-representative low-energy spectrum of Sr2RuO4 can be directly measured by angle-resolved photoemission. We find that the quasiparticle spectral line shape of Sr2RuO4 is sensitive to both temperature and momentum. Along the (0,0)-(pi,0) direction, both gamma and beta bands develop a sharp quasiparticle peak near k(F) at low temperatures, but as the temperature increases the spectra quickly lose coherent weight and become broad backgrounds above approximately 130 K, which is the metal-nonmetal crossover temperature, T(M), in the c-axis resistivity. However, spectra along the (0,0)-(pi,pi) direction evolve smoothly across T(M). A simple transport model can describe both in-plane and c-axis resistivity in terms of the quasiparticle line shape. Comparisons are also made to the cuprates, with implications for two dimensionality, magnetic fluctuations, and superconductivity.     

Observation of Upsilon(4S) decays to pi(+)pi(-)Upsilon(1S) and pi(+)pi(-)Upsilon(2S)

Observation of Upsilon(4S) decays to pi(+)pi(-)C and pi(+)pi(-)Upsilon(2S)We present the first measurement of Upsilon(4S) decays to pi(+)pi(-)Upsilon(1S) based on a sample of 230 x 106(4S) mesons collected with the BABAR detector. We measure the product branching fractions Beta(Upsilon(4S) --> pi(+)pi(-)Upsilon(1S)) x BetaUpsilon(1S) --> mu(+)mu(-) = (2.23 +/- 0.25(stat) +/- 0.27(syst))x 10(-6) and Beta(Upsilon(4S) --> pi(+)pi(-)Upsilon(2S) x Beta(Upsilon(2S) --> mu(+)mu(-))=(1.69 +/-0.26(stat) +/- 0.20(syst)) x 10(-)6, from which we derive the partial widths Gamma(Upsilon(4S) --> pi(+)pi(-)Upsilon(1S))=(1.8 +/-0.4) keV and Gamma(Upsilon(4S) --> pi(+)pi(-)Upsilon(2S))=(2.7 +/- 0.8) keV.     

铜铅胁迫下玉米叶片弱光谱信息的LD-CR-SIDSCAtan探测模型

农作物在受到重金属污染以后,会破坏本身的组织细胞结构和叶绿素含量,从而影响农作物的新陈代谢和健康状况。人和动物如果食用了污染的农作物以后,会有致命的伤害。高光谱遥感目前被广泛应用于监测农作物受重金属污染的程度。重金属污染下的农作物叶片的光谱变化很微小,传统的监测方法和常规的光谱特征参数很难将光谱之间的微弱差异区别开,目前高光谱遥感应用是研究的重点和难点。通过设置不同浓度的Cu2+和Pb2+胁迫下玉米盆栽实验,采集玉米叶片的光谱数据、叶绿素的相对含量以及重金属Cu2+和Pb2+的相对含量。提出了包络线去除(CR)、光谱相关角(SCA)、光谱信息散度(SID)以及正切函数(Tan)和兰氏距离(LD)相结合的LD-CR-SIDSCA_tan模型,将其与传统的光谱测度方法,如光谱相关系数(SCC)、光谱角(SA)、光谱角正切(DSA)、光谱信息散度-光谱相关角正切(SIDSAM_tan)、光谱信息散度-光谱梯度角正切(SIDSGA_tan)和常规的光谱特征参数,如红边最大值(MR)、绿峰高度(GH)、红边一阶微分包围面积(FAR)、红边一阶微分曲线陡峭度(FCDR)、蓝边(DB)、红谷吸收深度(RD)相比较,验证了该模型的优越性和可行性。并且将LD-CR-SIDSCA_tan模型应用于不同浓度下Cu2+和Pb2+胁迫的玉米叶片的整体波形和子波段的光谱差异信息的测度上。结果表明,LD-CR-SIDSCA_tan模型实现了重金属Cu2+和Pb2+污染的定性分析,能够测度光谱相关系数达到0.99以上的相似光谱之间的差异信息,波形差异信息与叶片测得的叶绿素相对含量和重金属Cu2+和Pb2+相对含量显著相关,也分别找到了重金属Cu2+和Pb2+胁迫下的光谱响应波段。在测度光谱数据的整个波段区间范围,模型值为负值时的光谱差异要比模型值为正值更加明显;在模型值为正值时,如果数值越大,光谱的差异性也越大。因此,随着重金属Cu2+和Pb2+浓度的增加,光谱的差异增大,意味着重金属Cu2+和Pb2+污染程度更为严重;玉米植株受到重金属Cu2+胁迫污染,在测度光谱数据的局部子波段区间范围时,“蓝边”、“红边”、“近谷”、“近峰B”处对重金属Cu2+胁迫污染响应特别的敏感,可以作为监测重金属Cu2+污染程度的有效波段;当玉米植株受到重金属Pb2+胁迫污染时,在“紫谷”、“蓝边”、“黄边”、“红谷”、“红边”、“近峰A” 处对重金属Pb2+胁迫污染响应特别的敏感,可以作为监测重金属Pb2+污染程度的有效波段。最后通过LD-CR-SIDSCA_tan模型的应用结果与玉米叶片中Cu2+和Pb2+含量进行线性拟合分析,从而反演和预测了重金属Cu2+和Pb2+对玉米植株的污染程度。