拉曼光谱在液体安检中的应用及发展趋势

在民航、轨道交通、重要场馆安保等领域的液体安检中,现在主要的技术有三种:介电常数测量技术、拉曼光谱分析技术以及基于X射线的检测技术,但每种技术都不能单独地满足实际需求。拉曼光谱技术可以在液体安检以及违禁品检测中发挥重要作用。未来拉曼光谱技术将在以下方面得到发展:1、采用新技术提升仪器性能;2、增加谱图库扩大技术的应用范围;3、与表面增强拉曼光谱技术结合实现违禁品的探测。     

液晶光谱成像技术研究进展

液晶光谱成像技术是基于液晶可调滤光片的新型光谱成像技术.利用向列相液晶材料的电控双折射效应,液晶可调滤光片可在工作谱段内进行连续光谱调谐,实现光谱成像系统的小型化、多用途、实时控制.获取高空间分辫率和高光谱分辫率的光谱图像,是今后航天航空遥感的一个重要发展方向.结合液晶光谱成像技术的国内外研究进展,分析了其目前存在的主...     

拉曼光谱在安检领域中的应用

拉曼光谱技术在很多领域都有广泛的应用。本文将拉曼光谱技术应用到公共安全检查领域, 利用自行研发的拉曼安检仪(型号: RT1003, 同方威视技术股份有限公司), 检测了常见易燃易爆危险液体、有毒化学试剂及强氧化强腐蚀液体共400余种, 如汽油、煤油、柴油、苯、甲苯、乙醚、四氯化碳、双氧水、浓硫酸、浓硝酸等, 建立了常见危险液体的拉曼谱图库, 并用于北京南站的安全检查, 取得了良好效果。     

可见光液晶光谱成像系统研究

利用向列相液晶材料的电控双折射效应,研制了用于可见光波段光谱调谐的大口径液晶可调滤光片,透过光谱测试表明,该滤光片在可见光波段(420~700 nm)以20 nm光谱分辨率可实现连续调谐和任意波长选择。利用该滤光片搭建了一种小型光谱成像系统,并在实验室内对若干样品进行了测试,结果表明,该系统可同时实现高图像分辨率和高光谱分辨率光谱成像,具备高、超光谱分辨率光谱成像的应用潜力,在生物医学、环境保护和资源探测等领域具有较好的应用前景。     

基于液晶可调滤光片的广角多光谱成像光学系统设计

基于液晶可调滤光片(Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF)的分光原理,设计一种工作谱段为400~720nm,焦距4.5mm,视场角140°,F数为1.28的广角多光谱成像光学系统。该光学系统由前端光学镜头、LCTF和成像镜头组成,其中前端光学系统镜头将入射光束进行扩束,同时将入射光束的广角视场缩小至LCTF可接收角度范围内;LCTF利用液晶材料的电控双折射效应,实现对某一波长光信号的选择透过。根据多光谱成像系统的总体方案,对光学系统的各光学参数进行合理选取。设计结果表明,整个系统在120lp/mm的空间频率处轴上及轴外的调制传递函数MTF均大于0.4。     

基于LCTF与LCVR的偏振高光谱成像系统设计

提出一种基于液晶可调滤光片(LCTF)与两片液晶可调相位延迟器(LCVR)构成的偏振高光谱成像系统,相对于传统LCTF具有转动部件以及无法获取全部偏振态的特点,本系统能够静态凝视成像并且测量目标完整的Stokes参量。通过对两片LCVR取四组不同延迟组合,构造了一个4×4复原矩阵来获取目标的原始全偏振信息。使用干涉光强法,对两片LCVR分别进行了延迟-电压特性的精确测量;在633 nm下验证了全偏振复原算法,通过对误差分析,得到了较好的反演Stokes参数和相应的DoLP与Orient计算值,验证了复原算法的可靠性,可以为全偏振态高光谱遥感成像提供有效的数据。     

短波近红外光谱在现场安检中的应用研究

快速、准确、高效的现场检测方法对于控制液态危险物的非法输运、使用,进而保证公共安全具有重要的意义。文章利用短波段近红外光对包装物和液体的很强穿透能力,测量了无水乙醇、无水甲醇、氨水、松节油、汽油、柴油、煤油等易燃液态危险物和部分白酒、饮料在近红外短波段范围内（667～1 000 nm）的吸收光谱;对测得的原始光谱数据进行标准化和压缩预处理后,采用SPSS统计软件进行判别分析寻求特征点波长,并以选定的特征波长建立了预测模型。基于该模型采用3个波长（881,935和981 nm）就可以对易燃液体准确判别,据此可以构建廉价光谱装置实现对易燃液体的无损、快速现场安全检查。     

基于LCTF的新型多光谱成像光学系统设计

设计了一种基于液晶可调谐滤光片（Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF）的新型多光谱成像光学系统。该光学系统工作谱段为400~720nm,光谱分辨率为10nm,可对216mm×216mm幅面大小的物面成像清晰。根据多光谱成像系统的总体方案,对光学系统分析,确定各光学参数,设计结果表明,成像系统在空间频率91lp/mm处,各个波段处的轴上和轴外调制传递函数均大于0.3,全视场畸变低于0.1%,成像质量良好,可以满足多光谱成像的总体要求。     

基于多通道窄带滤光片和彩色图像传感器的实时多光谱成像系统

针对复染情况的出现,采用多通道窄带滤光片与彩色图像传感器相结合的方式,设计了一种多光谱成像方法.使用多通道窄带滤光片对光源进行分光,采用多元线性回归方法建立多光谱剥离模型,并对彩色图像传感器输出的多个单色光混叠响应进行剥离,通过FPGA实现多光谱图像的实时剥离运算和输出.实验结果表明:多通道窄带滤光片的半高宽为12nm/15nm/20nm,其透射光是三个不同波段的窄带单色光;在检验水平为0.01情况下的模型具有较高的准确性;具有相同光谱特征的物质在同一波段的灰度图像上特征一致,同一物质在不同波段上的灰度图像特性差异较大.     

正交偏振多光谱成像术应用于活体微循环观察研究

构建一种小型、简洁的活体微循环多光谱成像系统,将正交偏振光谱成像术OPS Imaging及液晶可调谐滤光片LCTF应用于活体微循环多光谱成像。LCTF具有较高的成像质量、较低的功耗、且没有移动部件和图像移动,能够连续、随机地在可见-近红外波段上快速实现波长的任意调谐。利用该系统,对活体裸鼠的耳廓采用检偏角为90°(正交偏振方式)与0°两种方式进行了试验,获取了裸鼠耳廓微血管的多光谱图,得出采用正交偏振成像方式的图像的对比度及图像细节均优于检偏角为0°时的图像。试验验证了正交偏振多光谱成像技术能增强活体微循环观察效果。     

滤光轮分光的近红外彩色成像系统

研制了滤光轮分光的近红外彩色成像系统。针对一款光谱响应延伸至近红外波段的CMOS大面阵黑白摄像机,设计加工了大小适合的滤光轮和与光谱匹配的滤光片。根据滤光轮载荷选择了微型电机,并采用由时间同步装置产生的脉冲信号触发滤光轮的转停;采用基于灰度世界理论的RGB融合算法形成彩色图像。室内外的成像实验表明:该系统实现了近红外波段的彩色成像,尤其是夜天光中的近红外辐射,使夜间拍摄的图像亮度得到了明显的提升。     

可调谐液晶红外滤光片的光学特性分析

可调谐红外滤光片是高分辨率红外成像仪谱段识别和分光的重要光学器件。采用琼斯矩阵方法对平行向列相和90°扭曲向列相液晶法-珀红外滤光片的本征偏振态及光学特性进行了研究。结果表明,当非偏振光垂直入射时,平行向列相液晶法-珀滤光片在任何电压下两组本征偏振态均不发生模式混合,具有偏振敏感性;90°扭曲向列相液晶法-珀滤光片在电压较低时具有偏振敏感性,当电压大于三倍Freedericksz阈值电压时,两组本征偏振态发生模式混合,偏振敏感性消除。     

用于液晶可调谐滤光片型多光谱成像仪的中继成像系统设计

液晶可调谐滤光片(LCTF)是多光谱成像中一种高效的分光元件,但其物理尺寸超出了一般商业镜头的法兰距,很难直接与商业镜头及工业相机结合进行多光谱成像。设计了一种工作在单位放大率下的中继成像系统,用以适应它们的接口关系。其工作波段为400～720nm,工作F数为4.5,利用完全对称的结构,自动校正彗差、畸变和垂轴色差,设计结果满足多光谱成像的使用要求。该系统结构紧凑,生产成本低,适用于液晶可调谐滤光片型便携式多光谱成像仪的模块化设计。     

Validity of retinal oxygen saturation analysis: Hyperspectral imaging in visible wavelength with fundus camera and liquid crystal wavelength tunable filter

The purpose of this paper was to investigate the feasibility of a newly developed hyperspectral fundus imaging camera with a liquid crystal tunable filter. The intensities of different wavelengths of light transmitted through an artery, vein, and the area surrounding these vessels and reflected out were measured, and the differential spectral absorptions were analyzed. Measurements were made from 16 normal eyes and from two artificial capillaries. The ratios of absorption (ROA) of arteries to veins from 500 to 580 nm (range 1) and from 600 to 720 nm (range 2) were calculated. For all eyes, the ROA_range1 was larger than ROA_range2. The ROA obtained from the artificial capillary filled with blood saturated with oxygen or nitrogen was similar to that of simulated data of oxy- and deoxyhemoglobin extinction rate. Most ROAs of human eyes were lower than those of the simulated data and the artificial capillaries. Oxygen saturation analysis by hyperspectral fundus imaging of retinal vessels were qualitatively in agreement with thein vitro analysis or simulated values. However, further improvements are necessary to evaluate the oxygen saturation quantitatively in the retinal blood vessels.     

一种新型可调谐红外滤光片的设计和应用

可调谐红外滤光片是高分辨率红外成像仪谱段识别和分光的重要光学器件.本文介绍了一种新型可调红外滤光片———液晶法布里-珀罗滤光片的基本原理、设计参数、制作方法,分析了这种滤光片的透射光谱、精细度、带宽、镜面反射率和腔长之间的关系,以及外加电压和温度对透射波长的影响,给出了消除偏振效应的几种方案.并对液晶法布里-珀罗滤光片在空间遥感,特别是红外探测方面的应用前景进行了展望.     

Natural color low-level-light EBAPS imaging system based on three-color LCTF北大核心CSCD

The high-sensitivity electron bombarded active pixel sensor (EBAPS) not only has the characteristics of high gain and high sensitivity of vacuum imaging devices, but also has the digital characteristics of solid-state imaging devices, which greatly improves the level of night vision imaging. A natural color low-level-light EBAPS imaging system was built based on three-color liquid crystal tunable filter (LCTF). According to the characteristics of low-level-light images, the color enhancement processing such as grayscale stretching, white balance, and color correction was performed on the color images obtained by the system. The experimental results show that the system can realize the natural low-illumination color imaging that reflects the color characteristics of the scene itself, which can effectively improve the observation effect of the characteristics of the target scene at night, and can realize the color imaging under 5×10−4 lx illumination. © 2022 Editorial office of Journal of Applied Optics. All rights reserved.     

大视场声光可调谐滤波器成像光谱仪光学设计

为了在15视场角范围内获得工作谱段范围在400 nm~ 900 nm声光可调谐滤波器(AOTF)成像光谱仪系统的二维空间信息以及一维光谱信息,设计了一种应用于AOTF 成像光谱仪的光学系统。介绍AOTF的工作原理,根据AOTF 成像光谱仪总体方案,对前置系统及后置成像系统进行了设计。设计中前置系统采用倒置的伽利略望远镜结构,后置成像系统采用改进的库克三片式结构。最终完成了一个焦距为19.311 mm,F数为12.3,在34 lp/ mm 的空间频率下各视场调制传递函数( MTF) 均值大于0.5的光学系统。     

引信红外偏振成像探测机理及关键技术

目标处于复杂场景时会对目标探测带来负面影响的干扰,会给目标识别带来了很大的影响。红外偏振成像探测是利用人造目标与自然目标以及真实目标与伪装目标的红外辐射偏振特征的差异来提高目标识别效果的。在复杂背景下识别和攻击目标是引信智能化的重要体现,因此探讨如何将红外偏振探测技术应用于引信是十分必要的。在分析红外偏振成像探测机理的基础上,对该技术用于引信的关键技术问题进行了分析,为引信红外偏振成像探测的研究奠定了基础。     

天基平台宽谱段成像光学系统设计北大核心CSCD

针对用于地球静止轨道卫星的遥感面阵快照式成像光谱仪传输数据量过大引起的数据传输困难、信号采集处理时间长的问题,利用地球静止轨道平台可以长期驻留固定区域上空的特点,提出采用压缩感知的大口径宽谱段快照式光谱仪方案,对其光学系统结构进行设计,并对相关参数进行了计算。物镜采用同轴三反式无焦系统,用分色片对系统分光,经过对各系统进行优化处理,最终获得了幅宽为400 km×400 km,可见光地面像元分辨率为50 m、中波红外地面像元分辨率为400 m、长波红外地面像元分辨率为625 m的光学系统。该设计中,可见光路在78.125 lp/mm的MTF高于0.455,中波红外的光谱分辨率为光路在33.3 lp/mm处的MTF高于0.518,长波红外光路在20.8 lp/mm处的MTF高于0.498;可见光光谱分辨率为20 nm、中波红外的光谱分辨率为50 nm、长波红外的光谱分辨率为150 nm;可见光路二级光谱小于0.05 mm,设计结果具有良好的成像质量,各部分光学系统成像质量接近衍射极限,设计结果满足应用和指标需求。     

成像型激光探测系统动态范围扩展技术研究

 针对成像型激光探测系统动态范围不足的问题,以现有广角远心鱼眼透镜和CMOS摄像器件为硬件基础,提出通过图像处理的方法扩展系统动态范围。系统采用帧相减技术滤除背景干扰和噪声,进而进行激光光斑的识别和定位。在此基础上,针对接收激光能量的不同,提出采用不同方法扩展动态范围。当激光能量较低时,激光信号可能淹没在噪声中无法准确判读和精确定位,通过滤波技术排除噪声,提高图像信噪比,从而提高系统探测灵敏度,即扩展探测下限。对于探测上限,即当强激光入射时,由于鱼眼光学系统内会产生反射干扰光,有可能在成像面形成不规则的干扰光斑,通过光斑匹配模式识别的方法排除杂光干扰,提高识别上限。实验结果表明,该方法使系统动态范围从为70 dB提高到89 dB,提高近30%,有效扩大了探测系统的作用范围。