快速中药光谱成像检测分析系统设计

为了实现中药的快速、无损、实时检测和分析,设计了一个中药光谱成像检测分析系统,实现了在计算机上通过控制界面对光谱成像硬件系统中的滤光器和摄像机等关键器件的同步、联动控制,以获取一定波长间隔的系列光谱图像,经过软件的分析处理,得到中药样品的二维特征光谱曲线和空间三维成分分布曲线,实现了中药成分的定性和空间分布的实时检测.     

成像光谱偏振仪研究进展

成像光谱偏振仪是一类同时具有成像、光谱测量和偏振测量功能的新型光电传感器.介绍了成像光谱偏振仪的原理,对近些年来国内外成像光谱偏振仪的研究进展进行了总结,对基于声光可调谐滤光片、液晶可调谐滤光片等新器件的成像光谱偏振仪和通过在狭缝色散型、空间调制傅里叶变换型和层析型成像光谱仪的光路中添加偏振器件构成的成像光谱偏振仪的原...     

一种基于单元型红外光谱辐射计的成像光谱数据获取系统设计

依据单元非成像型光谱辐射计的特点,提出了一种单元非成像型红外光谱辐射计的成像光谱数据获取系统.该系统采用在光谱辐射计前端加装扣描装置.结合同步控制器,实现光谱辐射计的空间扫描.利用光谱辐射计提供的接口,完成了采集获得的成像光谱数据的批量定标.该系统可达到500×500像素的空间分解能力,光谱范围667～5 000 cm-1,光谱分辨率为1 cm-1,空间视场角为150°,瞬时视场角为0.3°.将该系统应用于实际的场景光谱数据获取,通过对得到的实验数据分析和比较,说明本文给出的基于非成像光谱辐射计的成像数据获取系统,能够实现实际场景的成像光谱数据获取,能够满足实时性要求不太高的成像光谱数据获取.     

空心阴极元素灯光谱的空间分布测量方法

提出利用成像光谱仪研究空心阴极元素灯光谱空间分布的检测方法。自制了基于Offner成像系统的推扫式凸面光栅成像光谱仪,覆盖波长范围400~1 000 nm,视场角22°,光谱分辨率2~3 nm;利用该光谱仪第一次得到得到Hg元素灯光谱的空间分布,给出了不同波长下的空间图像和不同空间位置的光谱分布信息,具有较高的空间分辨率和光谱分辨率;并同时获取了不同工作电流条件下的元素灯高光谱数据,对比分析了处于不同工作状态下光谱空间分布的差异。这为空心阴极元素灯光谱的空间分布等性能研究提供了一个很好的工具,相关方法也可以用来研究其他类型的光源。     

太赫兹实时近场光谱成像研究

太赫兹成像在生物医学领域的应用潜力非常大,针对这个需求,本文设计并搭建了一种利用光整流和波前倾斜技术产生强场太赫兹信号以及基于电光探测的实时太赫兹(terahertz, THz)近场光谱成像系统.该系统可以进行大视场THz成像和紧聚焦THz成像的切换使用,为实现系统集成化应用提供了方法.并且由于成像是基于传统的太赫兹时域光谱方法,可以同时获得样品图像光谱幅度和相位信息,光谱分辨率约15 GHz.利用该系统测量研究了一系列微纳加工的样品,对成像系统的性能进行了分析.结果表明,该实时太赫兹近场光谱成像系统在空间分辨率和成像速度上的优越性,在1024×512的像素下,实时成像帧率高达20 f/s(1200张/min).在大视场THz成像下,空间最优分辨率在1.5 THz达λ/4;在紧聚焦THz成像下,空间最优分辨率在0.82 THz达λ/12,这些性能使该系统在生物医学成像、生物效应等方面具有很好的应用场景.     

基于改进维纳逆滤波的衍射成像光谱仪数据误差分析与重构

衍射成像光谱仪探测到的高光谱数据需要进行计算与反演才可以得到成像光谱数据,本文对衍射成像光谱仪的成像过程及数据误差产生的原理从空间维和光谱维两方面进行了分析,并针对其光谱重构过程中系统点扩散函数标准差较大时重构结果清晰度较低、存在振铃等问题,提出了基于改进维纳逆滤波的光谱数据重构算法,该方法在分析衍射成像光谱仪数据特点与误差的基础上,将每一次维纳逆滤波的重构结果视为新的模糊图像,利用成像过程及维纳逆滤波的基本原理确定新的模糊图像对应的点扩散函数,反复进行维纳逆滤波达到提高图像清晰度的效果,再根据图像自身的空间和光谱特征分布,进行自适应性的噪声去除.利用模拟的衍射成像光谱数据进行验证,在系统点扩散函数的标准差为2.5的情况下,能得到无振铃的重构结果,且与传统维纳逆滤波法的重构结果进行比较,清晰度、细节能力等指标均有所提高,满足了衍射成像光谱数据应用需求.     

静态傅里叶变换超光谱全偏振成像技术

光谱偏振成像技术是成像光谱技术与偏振成像技术的有机融合, 是当前空间光学遥感技术研究的热点和前沿. 针对目前光谱偏振成像技术受测量原理、探测模式的限制, 普遍需要运动、电控调制等部件, 导致体积大, 结构复杂, 加工装调困难, 抗振能力差等问题, 我们于2010年在国际上首先提出了一种多信息融合的静态傅里叶变换超光谱全偏振成像方法. 本文在此基础上, 阐述了新方法的基本原理, 给出了具体实现方案. 新方案无需运动、电控调制部件, 可实现目标图像、光谱、全偏振信息的一体获取. 推导出了新方案的调制干涉强度数据表达式及Stokes矢量解调公式, 分析了新方法实现光谱、全偏振探测的物理过程. 对新方案进行了计算机数值模拟验证, 研制了原理验证样机开展了室内、室外验证实验, 首次获得了室外推扫光谱图像数据立方体和全色全偏振度图像, 模拟及实验结果均表明新方案原理正确, 技术可行. 上述研究为新型空间遥感器的开发提供了基础理论及实践支持. 关键词： 成像光谱 偏振成像 Stokes矢量     

岩心显微拉曼光谱成像方法的研究

虽然用激光拉曼光谱显微探针研究岩心中碳质物的工作已有很大进展,但是通常对诸如岩心等样品物性的光谱学(红外、拉曼和荧光等)微探针实验研究多是局限于对经过复杂处理分离出的微小样品或样品中个别点得到的结果,缺乏对复杂样品各组分(或基团)的空间分布及其相互关系的研究。近年来新发展起来的光谱成像分析系统将光谱技术与成像技术有机地结合起来融为一体,可在光谱和空间两个方面对目标样品进行分析和识别,但是用拉曼显微成像光谱研究岩心的工作则少有报道。文章报道了应用“串行-成像”(series-or indirect-imaging,Mapping)和“并行-成像”(parallel-or direct-imaging, Imaging)两种方式对含油岩心进行了显微拉曼光谱成像的研究。从光谱分辨率和空间分辨率以及工作效率等方面对两种方式所得试验结果进行了比较和评估。     

地面长波红外高光谱成像气体探测研究

报道了地面长波红外遥测的新进展 ,具体阐述了窗扫时空调制傅里叶光谱成像技术的实现过程.演示装置基于角锥反射镜M ichelson干涉具 ,构成了空间调制干涉 ;采用了制冷型长波红外焦平面探测器组件 ,通过对数据立方体的采集、重组、基线校正、切趾、相位校正和傅里叶变换等处理 ,实现了长波红外波段高光谱成像.自研的CHIPED-1长波红外高光谱成像原理实验装置的探测灵敏度指标噪声等效辐射通量密度NESR在单次采样时达到了5.6 × 10-8 W · (cm-1 · sr · cm2 )-1 ,与商品化时间调制干涉高光谱成像仪相当 ;反映了技术的先进性 ,并留有较大的改进空间.通过测试聚丙烯薄膜的透过率曲线 ,CHIPED-1红外高光谱成像原理实验装置的光谱响应范围达到了11. 5 μm.文章还以室外高楼和乙醚气体的探测实验为例 ,研究了二维分布化学气体VOC的高光谱成像探测方法.在复杂背景和低试验浓度情况下 ,从同一波数的红外光谱切片上 ,观察不出乙醚蒸气的存在 ,但是进行了差谱处理后 ,可以清楚看到乙醚蒸气的空间分布.高光谱方法应用在有机蒸气VOC的红外探测领域 ,相对于宽波段热成像方法 ,具有灵敏度高、抗干扰能力强和识别种类多等诸多优势.     

基于宽带滤波调制的光谱成像技术实验研究

基于宽带滤波调制的计算光谱成像技术是航空航天光谱成像遥感领域中一种极具应用潜力的新型计算光谱成像技术。目前该技术主要应用于光谱测量仪器的小型化领域,缺少针对光谱成像遥感领域的相关研究。因此,针对该技术应用于光谱成像遥感领域的可行性开展实验研究。首先简要介绍宽带滤波调制光谱成像技术的基本原理;然后针对空间光学遥感工程的实际需求,采用彩色玻璃滤光片结合工业相机搭建宽带滤波调制光谱成像的原理样机系统,并对其进行光谱成像实验验证;最后分析评价所获取的光谱图像,研究影响该技术的测量精度及其主要影响因素。实验结果表明,该技术的重建光谱准确度约为23%,获取的光谱图像边缘也较为清晰,噪声约为23 dB。     

基于LED的光谱可调光源的光谱分布合成

从实测的LED光谱分布出发,对基于LED光谱可调光源进行了可行性验证。提出用非对称高斯分布函数的数学模型来拟合单个LED光谱分布,并以该数学模型为基础,运用多种不同峰值波长的LED来合成所需要的光谱分布。在原理上实现了对任意目标光谱的最小二乘拟合,使用不同峰值波长的单色LED分别对D65、溴钨灯、5 500 K理想黑体、日光照射下的标准白板的光谱分布进行拟合,相关指数均在0.94以上。最后通过对数据的分析,总结出在工程实践中必须注意的要点。     

高功率激光装置输出光束相对光谱功率测量方法

针对SILEX-I超短超强脉冲激光装置输出光束光谱分布的精密测量问题,采用脉冲激光相对光谱功率来评价光谱分布,以溴钨灯为标准光源开展相对光谱功率测量方法的研究,获得相对光谱功率的理论计算公式。以SP2760光栅光谱仪作为光谱测量设备在SILEX-I激光装置上进行了光谱分布测量的验证实验,并给出了不确定度评定,获得了扩展相对不确定度1.7%的测量精度。测量结果显示,相对光谱功率分布与光栅光谱仪的原始光谱响应值分布具有显著的差异,可以更加准确地反映输出脉冲的光谱分布。     

Spectral analysis of a laser beam

The formulas of the dependence of the spectral laser power distribution and its spectral half-width on the physical parameters of its laser active medium are derived. In addition it is found that, if the gain line profile has a Lorentzian or Gaussian distribution, the spectral laser power distribution is of a Lorentzian profile. The spectral halfwidth of the laser beam in both cases are slightly different form each other. For a general gain line profile, the spectral laser power distribution behaves as a differential form like that of the gain line profile.The spectral halfwidth of He/Ne laser beam having powers (0·5 mW, 1·0 mW, 3·0 mW and 50 mW) and that of their longitudinal modes, the laser gain factor and the difference between the population atomic densities of the upper and lower energy levels for the laser line transition are experimentally determined.     

Internal distribution of radiation absorption in a semitransparent spherical particle

The internal distribution of spectral radiation absorption in a semitransparent spherical particle irradiated uniformly and isotropically is determined by the ray tracing method, and the detailed computation formulae for the internal spectral radiation absorption are deduced. The computed results show that the peak of internal volumetric spectral radiation absorption may locate at the interior shell of the particle. The dimensionless volumetric spectral radiation absorption is higher near the center for weakly absorbing or small spheres, but the dimensionless volumetric spectral radiation absorption is higher near the surface for strongly absorbing or large spheres. The corresponding physical interpretations of the internal spectral absorption distribution are given.     

高功率钕玻璃啁啾脉冲放大系统光谱整形

增益窄化效应限制了啁啾脉冲放大系统输出的最短脉冲宽度,需要对注入放大系统的种子啁啾脉冲进行光谱整形,以保证放大后的啁啾脉冲光具有足够的带宽并满足特定的光谱分布.理论上假定放大后啁啾脉冲的光谱分布为高斯分布或超高斯分布,对"百焦耳级钕玻璃啁啾脉冲放大系统"进行逆运算.研究发现,所需种子啁啾光的能量、带宽以及压缩后脉冲的信噪比都与该分布密切相关.通过光谱整形,使放大后的啁啾脉冲光的光谱分布为二阶超高斯分布.能够获得小于400 fs高信噪比的超短脉冲输出,此时所需种子啁啾脉冲能量仅为33μJ,带宽14 nm,在装置前级注入能力的范围之内.为百焦耳装置光谱整形实验的开展提供了理论指导.     

Spatial correlation properties and the spectral intensity distributions of focused Gaussian Schell-model array beams

The spatial correlation properties and the spectral intensity distributions of focused Gaussian Schell-model (GSM) array beams are studied in detail. The closed-form expressions for the spectral degree of coherence and the spectral intensity of focused GSM array beams are derived. It is shown that the spectral degree of coherence of focused GSM array beams is the same as that of focused GSM beams in the focal plane. On the other hand, it is found that, in the focal plane the spectral intensity distribution of focused GSM array beams is the fringe pattern when the value of the coherence length is small. However, it becomes one peak located at the center as the value of the coherence length is large enough. In the focal plane, the spectral intensity maximum increases and the width of the normalized spectral intensity distribution decreases as the beam number increases. In general, for GSM array beams, the width of the modulus of the spectral degree of coherence in the focal plane always exceeds that of the normalized spectral intensity distribution, which is different from the behavior of focused GSM beams. In addition, the power in the bucket (PIB) and the beam propagation factor (M² factor) are also discussed. The main results are explained physically.     

Sequential spectral lines and intensity distribution in electronic-vibrational bands of free polyatomic molecules

The intensity distribution, the spectral band profile, and the temperature dependences of spectral characteristics of bands in the electronic-vibrational (vibronic) spectra of free polyatomic molecules are studied based on the concept of sequential lines (SLs) as constituent elements of these bands. It is shown that the intensity distribution in a separate electronic-vibrational band is defined by the convolution of an SL profile with the frequency distribution function of sequential transitions. Expressions for the intensity distribution in homogeneously and inhomogeneously broadened electronic-vibrational bands are derived, and specific features of their spectral behavior are determined. Using the latter results, distinguishing features or criteria of the character of broadening of the vibronic spectra of free polyatomic molecules are formulated.     

短弧氙灯光谱特性及其在太阳模拟器中应用

短弧氙灯作为标准光源得到了广泛的应用,但是空间光谱分布的不均匀性限制了其进一步的发展。通过对短弧氙灯轴向光谱分布的测量,电弧温度分布的计算,初步得到温度与电流密度的关系,认为可以通过控制弧电流密度改善氙灯光谱辐照度分布。     

A parametric approach to spectral-spatial EPR imaging

Continuous wave electron paramagnetic resonance imaging for in vivo mapping of spin distribution and spectral shape requires rapid data acquisition. A spectral-spatial imaging technique is presented that provides an order of magnitude reduction in acquisition time, compared to iterative tomographic reprojection. The proposed approach assumes that spectral shapes in the sample are well-approximated by members from a parametric family of functions. A model is developed for the spectra measured with magnetic field modulation. Parameters defining the spin distribution and spectral shapes are then determined directly from the measurements using maximum a posteriori probability estimation. The approach does not suffer approximation error from limited sweep width of the main magnetic field and explicitly incorporates the variability in signal-to-noise ratio versus strength of magnetic field gradient. The processing technique is experimentally demonstrated on a one-dimensional phantom containing a nitroxide spin label with constant g-factor. Using an L-band EPR spectrometer, spectral shapes and spin distribution are accurately recovered from two projections and a spectral window which is comparable to the maximum linewidth of the sample.     

不同微场分布函数下的光谱线型

根据光谱学,总的光谱线型是各种加宽机制的卷积结果。考虑到等离子体中的离子碰撞,Stark加宽本质上是一种非对称的光谱线型, 其中微场分布函数对光谱线型起着非常关键的作用。该文利用不同的微场分布函数研究了微场分布函数对总的光谱线型的影响。研究结果表明,在电子加宽参数和离子加宽参数很小时,不同微场分布函数对整个光谱线型的影响基本相似,但随着离子加宽参数的增加,3种不同的微场分布函数对Stark光谱线型的影响逐渐增加; 随着电子加宽参数的增加,不同的微场分布函数对Stark光谱线型的影响也逐渐增加; 但总体上Holtsmark分布和Nearest-Neighbor场分布下的光谱线型差别较小,但是Mayer模型对光谱线型影响较大。特别是,当离子加宽参数较大时,Mayer模型对光谱线型的影响异常明显,这也正说明离子间碰撞剧烈时对光谱线型的影响很大。该结果对等离子体参数诊断有一定参考价值。