基于偏振光谱成像的目标识别方法研究

为提高伪装目标识别的准确性,提出将光谱信息与偏振信息相融合的伪装目标识别方法。基于液晶可调谐滤光片（LCTF）搭建了偏振光谱成像系统,通过实验对绿色植物中隐藏的假植株进行偏振光谱探测实验。利用主成分分析法（PCA）对各偏振方向的目标光谱图像进行波段选择,获取对应的光谱融合图像后进行偏振度计算,最终得到被测目标的偏振光谱融合图像。实验结果表明:得到的偏振光谱融合图像与光谱融合图像相比,信息熵提高了72%,平均梯度提高了250%。     

利用变偏振光谱技术实现显微成像深度选择

在正交偏振光谱(OPS)微循环成像系统的基础上,提出了通过改变信号光的偏振态来实现成像深度的选择。传统的OPS系统利用的是正交线偏振光,只能获得图像在某一断层的二维信息,但作者通过控制系统起、检偏单元椭圆偏振光的椭圆度,可以在不进行机械扫描的情况下将成像光束聚焦在不同的断层,从而获得不同深度处的组织信息。构建的变偏振光谱成像系统将光源发射光谱与红血球吸收光谱相匹配,可以实现微血管的探测,且具有较高的信噪比。对一块含标记物的猪肉脂肪进行实验,并通过图像处理得到了对比度与信号光偏振态间的定量关系。实验结果表明：椭圆度由0°～45°增大,即从线偏振光向圆偏振光转变的过程中,对比度逐渐增大,可探测到的最大深度增大。最后利用该系统,对裸鼠耳廓微血管进行了变偏振光谱测量实验,实验证明了控制偏振态可以实现对血管不同深度的探测,为微血管断层光谱成像提供了一种新的研究手段。     

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。     

正交偏振光谱微循环成像方法及装置

鉴于微循环图像成像质量的提高是微循环检测仪器实用化的关键，提出一种新的微循环检测方法及装置。利用基于该原理的正交偏振光谱成像仪器进行了实验，得到对比度清晰的甲襞微循环图像。用线性偏振光聚焦照射被测生物组织时，从组织表面反射回来的光保持了其偏振态，被放置在CCD前的偏振方向垂直的检偏器屏蔽掉；从组织内部返回的光发生复散射后退偏，通过检偏器成像。选择光源波长，使其落在红血球的吸收谱范围内，即可得到清晰的生物活体浅表面微循环图像。     

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LCTF的便携式多光谱成像仪

选用商品化照相机镜头、液晶可调谐滤光片（Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF）和单色面阵CCD相机,将LCTF置于由镜头和CCD相机组成的照相光路中构成便携式多光谱成像仪,该多光谱成像仪能够在被动和主动光源下进行多光谱图像数据采集,工作波长范围是400-720nm,光谱分辨率为10nm,建立了多光谱成像仪系统多光谱图像采集数值模型,分析了误差源,为系统定标提供了理论依据。最后在自然光照条件下进行了盆景植物的多光谱图像采集试验,重建出多光谱数据立方体,绘制了典型目标点的光谱曲线。     

基于LCTF的多光谱面阵CCD相机的辐射定标

基于液晶可调谐滤光片(LCTF)的多光谱面阵CCD相机是一种新型的多(高)光谱成像系统,它利用液晶的电控双折射效应和偏振光的干涉原理,在面阵CCD上记录任意一个波长的图像信息.由于LCTF和帧转移型面阵CCD工作方式的特殊性,普通的定标方法不能满足遥感应用的精度需求.提出用积分球+标准探测器的定标系统对相机进行性能检测...     

基于液晶可调谐滤光片的便携式多光谱成像仪

选用商品化照相机镜头、液晶可调谐滤光片和单色面阵CCD相机,将液晶可调谐滤光片置于由镜头和CCD相机组成的照相光路中构成便携式多光谱成像仪.该多光谱成像仪能够在被动和主动光源下进行多光谱图像数据采集,工作波长范围是400~720nm,光谱分辨率为10nm.建立了多光谱成像仪系统多光谱图像采集数值模型,分析了误差源,为系统定标提供了理论依据.在自然光照条件下进行了盆景植物的多光谱图像采集试验,重建出多光谱数据立方体,绘制了典型目标点的光谱曲线.     

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。     

基于LCTF调谐的高光谱成像系统设计

提出一种新的轻小型高光谱成像系统,将液晶可调谐滤光片LCTF应用于高光谱成像技术,用电调谐的LCTF代替传统的机械滤光片转轮,在可见-近红外波段上可快速地实现波长的任意调谐。系统由光学镜头、LCTF和CCD探测器组成。文章首先详细描述了系统结构、光学设计及其工作原理;再利用该成像系统,以飞艇为平台进行了野外试验,获取了高光谱立体图像,所获取的图像有较高的空间分辨率和光谱分辨率;文章给出16个波段中546～600 nm的局部图像数据,最后对图像进行初步的数据处理,推导出地物420～720 nm的光谱反射率。试验验证了该成像系统的高光谱数据成像获取能力,成像数据可应用于光谱分析。     

Infrared Multispectral Imaging: Principles and Instrumentation

Abstract

A multispectral imaging spectrometer is an instrument that can simultaneously record spectral and spatial information of a samples. Chemical and physical properties of the sample can be elucidated from such images. In a multispectral imaging instrument, a camera is used to record the spatial distribution of the sample, and the spectral information is gained by scanning a dispersive device to record spectra for each image. This overview article describes operational principles and recent development of various components used in infrared multispectral imaging instruments including the electronic dispersive devices (acousto-optic tunable filter and liquid crystal tunable filter) and IR cameras (InGaAs, InSb, HgCdTe and QWIP cameras).     

中药吸收光谱测量系统的设计

本文设计的光谱测量系统是一种在可见光波段对样品进行非接触式快速连续光谱测试的装置.系统采用可调液晶滤光片和面阵接收器件实现光谱成像,并对样品的透射光信息进行采集存储处理后,得出样品的吸收光谱,为中药材质量及药性检测提供一种方法.待测样品只需简单的物理方法将其磨成粉末或切成薄片,可使中药在原生态下重复进行无损检测.实验结果表明：在可见光波段,该系统可以根据药材的吸收光谱曲线区分出西洋参、黄连、黄柏、延胡索、黄皮与小檗碱六种样品的种类.     

基于液晶可调谐滤波技术的动态增益均衡器研究

提出了一种基于液晶技术的新型可调谐滤波器结构,详细介绍了这种新型液晶可调谐滤波器的结构及其工作原理,用琼斯矩阵法推导出其光传输矩阵,得出了其光透过率表达式,并在数值上进行了仿真,得出了其幅度与相位的调制特性.同时分析了采用这种液晶可调谐滤波器八级级联组成动态增益均衡器的遗传算法优化仿真结果.利用优化得出的参数值,对该动态增益均衡器进行了实验,得出了DGE完整的光增益透过谱,实验结果与理论分析相吻合.     

基于比较测量法的LCTF光谱相机光谱反射率重建研究

基于液晶调谐滤光片(LCTF)的光谱相机由于体积小、功耗低、集成方便,适合多种搭载平台,同时通过光谱反射率来识别目标物,可以有效解决同色异谱的问题,在伪装识别、精细农产品产值估计等方面有很好的应用前景。比较测量法因其能有效排除光照条件和场景背景条件的影响,重建效率较高,在光谱相机的光谱反射率重建中被普遍采用。比较测量法通常采用标准白板作为参考物,但实际应用中,经常会遇到目标场景空间位置不便放置标准白板的情况。针对这种情况,研究采用LCTF光谱相机采集的目标场景中亮度高的颜色作为参考的比较测量法进行目标物的光谱反射率重建来解决上述问题。实验以美国X-Rite的Gretg Macbeth Color Checker(MCC)色卡作为目标物,分别参考亮度高的五个不同色块,运用比较测量法完成红、绿、蓝三个色块的光谱反射率重建。将重建后三个色块的光谱反射率与采用台式分光光度计(X-Rite Color Eye7000A)测量的标准光谱反射比进行比较。结果显示,重建后的红、绿、蓝三个色块的光谱反射率曲线与用分光光度计测量的标准光谱反射率曲线的形状基本相似,每组曲线的均方根误差均小于0.05;重建的蓝色色块的光谱反射率以参考与其光谱反射比接近的蓝绿色重建的效果最好;重建的红色和绿色色块的光谱反射率以除白色外亮度最高的黄色为参考重建的效果最好;二者均比参考标准白板的反射率重建效果好。实验结果说明采用目标场景中亮度高目视效果明显的色块作为参考对象可被用来进行LCTF光谱相机的光谱反射率重建。该方法有效扩大了比较测量法以及液晶调谐光谱成像系统的应用效率。     

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.     

基于等离子体缺陷层的一维可调谐微波光子晶体滤波特性

等离子体填充到一维介质-真空微波光子晶体的缺陷层构成一种可调谐单通道滤波器.据等离子体的强色散特性,其等效折射率与电磁波频率及等离子体频率等参数有关,因而可以通过改变等离子参数,使一维微波光子晶体缺陷层的谐振频率发生偏移,实现微波光子晶体的可调谐滤波特性.介质层和等离子体层分别采用了时域有限差分（FDTD）算法及分段线性电流密度卷积时域有限差分（PLJERC-FDTD）算法.数值模拟表明,通过改变等离子体频率可以实现滤波通道在光子禁带内较大带宽范围的移动.关键词：等离子体微波光子晶体可调谐滤波     

电压调谐液晶滤光片的研究

对以液晶为腔内物质的液晶法布里珀罗调谐滤光片进行了改进 ,在原来法布里珀罗腔的两侧各加一偏振镜 ,使两个偏振镜的起偏方向平行 ,并且偏振方向都相对于液晶分子长轴的方向成 45°角 ,入射光经多光束干涉后再经偏光干涉 ,导出其透射峰满足的条件为 2 (n∥ -n⊥)Lcosθ =mλ ,这样便克服了原有调谐滤光片两套光谱难以区分的缺点。对改进后的滤光片进行测试 ,在 15 5 0nm附近对该电调谐滤光片的滤光特性做了细致的分析     

基于液晶滤光器的连续光谱成像测试装置

为了使普通光学采集设备同时获得样品光学形态和成份信息,设计了一种可以实现连续光谱成像的测试装置.系统采用电可调液晶滤光器作为分光器件,低照度面阵CCD作为接收器,光谱分辨率可达到0.5nm,无需传统光谱成像仪中的机械推扫装置.在系统设计中,软件设计目的在于能够实现数据采集控制和后台数据处理等功能.对系统的工作参量进行了测试,给出了系统透过率函数和线性工作范围.为了检测设备工作的稳定性,对低压汞灯和氦氖激光器的光谱进行了检测,给出了多次测试结果的标准误差.最后对中药黄连的活性成份盐酸小檗碱进行了在体检测,通过确定光谱特征,可得到其空间分布信息.