改型Wollaston棱镜干涉光谱仪的调制度研究

改型Wollaston棱镜(MWP)无需中继,可构建微型傅里叶变换光谱仪。回顾了MWP的基本原理,从调制度定义出发,计算得到准单色光源的复相干度,找到调制度的影响因素——扩展视场、剪切结构、焦面探测等。建立一般的干涉定域分析模型后,由像点逆光路追迹给出MWP的厚度计算公式,代入调制度约束参数得到不同参量的误差容限。通过FRED记录不同视场扩展情况的灰度与辐照度,结果显示,调制度为0.9时,视场与理论估算值1.24°基本相符;不同剪切量的灰度与辐照度变化特性表明,结构角会使定域垂直系统光轴的入射角发生变化,与晶轴倾角共同影响双折射率差;2.5和8μm像元探测采样表现出调制度差异,描述了定域深度或离焦的影响。以准单色光源、复相干度表示调制度,可将不同影响因素统一至约束参数中,相关变量误差容限可作为MWP-FTS的设计依据。     

双包络去除和OPLS的土壤有机碳含量反演

土壤有机碳(SOC)对土壤肥力至关重要,可见-近红外光谱能对其实现快速反演,为区域监测和定量遥感提供基础。针对包络去除(CR)仅提供反射光谱的单向吸收特征,多元回归中预测信息缺失、拟合结果未充分反映波段特征,利用世界土壤数据库245份中国土样的可见-近红外光谱,首次提出双包络去除(BCR)与正交偏最小二乘(OPLS)结合的反演方法BCR-OPLS,同时纳入光谱反射率及上、下边包络去除量,讨论组分参考值偏态分布时幂函数或对数缩放在回归时的优化作用,建立多种土壤的综合与分类估计模型,并导出适用特定类型土壤的SOC指数。结果表明,对多种土壤有机碳含量反演,相较PLSR模型(决定系数R2和估计根均方误差RMSEE分别为0.69和0.45%),BCR-OPLS模型的预测能力明显改善(R2和RMSEE分别为0.9和0.26%);而对单一类型土壤的反演精度则进一步提升,根据载荷趋势和变量重要性建立的SOC指数,预测如黄色铁铝土的有机碳含量时(以400,590和920 nm),其反演结果R2达到0.94、RMSEE达到0.21%。双包络去除与OPLS相结合,增强了光谱特征诊断的鲁棒性,提高了不同类型土壤的综合与分类SOC全谱反演精度,基于直观的图谱表达可构建简单的波段预测关系,深化了物理经验吸收与统计多元回归之间的联系。     

改型Wollaston棱镜干涉光谱仪的调制度研究

改型Wollaston棱镜(MWP)无需中继,可构建微型傅里叶变换光谱仪。回顾了MWP的基本原理,从调制度定义出发,计算得到准单色光源的复相干度,找到调制度的影响因素——扩展视场、剪切结构、焦面探测等。建立一般的干涉定域分析模型后,由像点逆光路追迹给出MWP的厚度计算公式,代入调制度约束参数得到不同参量的误差容限。通过FRED记录不同视场扩展情况的灰度与辐照度,结果显示,调制度为0.9时,视场与理论估算值1.24°基本相符;不同剪切量的灰度与辐照度变化特性表明,结构角会使定域垂直系统光轴的入射角发生变化,与晶轴倾角共同影响双折射率差;2.5和8μm像元探测采样表现出调制度差异,描述了定域深度或离焦的影响。以准单色光源、复相干度表示调制度,可将不同影响因素统一至约束参数中,相关变量误差容限可作为MWP-FTS的设计依据。     

改进RANSAC算法在多光谱图像匹配中的应用

为了提高多光谱图像匹配的速度和精度,提出一种改进的随机抽样一致性(RANSAC)算法。针对传统RANSAC算法迭代次数多、运行效率低、单应性矩阵模型精度低等问题,在采用SIFT算法完成初始特征匹配的基础上,从合理减少样本集中元素个数以提高局内点在样本中所占的比例以及采用预检验快速舍弃不合理的初始参数模型等方面对RANSAC算法进行改进,从而极大地减少了算法的迭代次数,提高了算法的运行效率和估计精度。实验结果表明,所提改进算法不仅提高了图像匹配的精度,而且在处理相同数据的前提下,其所用时间不足传统RANSAC算法的60%,有效减少了算法的运行时间,提高了算法效率。     

外差式偏振干涉成像光谱技术研究

提出了一种新型的基于Savart偏光镜的外差式偏振干涉成像光谱技术,该技术在偏振干涉成像光谱仪中引入一对平行偏振光栅对,使其得到的干涉图频率与波数相关,具有了波数外差的特点,降低了干涉图频率,从而可利用较少的采样点数实现很高的光谱分辨率.对外差式偏振干涉成像光谱技术的基本原理进行了研究,详细分析了系统光程差、干涉图表达式、光谱分辨率以及光谱复原方法等.最后给出了外差式偏振干涉成像光谱仪的设计实例并进行了计算机仿真模拟,所复原的光谱与输入光谱曲线相符合,验证了方案的正确性.外差式偏振干涉成像光谱仪具有结构紧凑、光通量高、稳定性强、光谱分辨率高的特点,尤其适合超小型高稳定性、高探测灵敏度的高光谱探测应用.     

基于矩阵的Sagnac干涉仪光谱复原理论研究

传统的干涉光谱仪光谱复原算法是利用傅里叶变换复原光谱,该方法为了消除有限光程差造成的旁瓣对光谱复原精度的影响,进行了干涉图切趾处理,但这会降低复原光谱的光谱分辨率.为了保证光谱分辨率和提高光谱复原精度,文章提出一种光谱复原方法——基于仪器特征矩阵的Sagnac干涉光谱仪光谱复原方法.该方法旨在通过实验室定标及理论推导为每个Sagnac干涉光谱仪系统构建一个仪器特征矩阵,对仪器特征矩阵利用最小二乘法复原光谱.利用多种物质的光谱进行仿真实验,测试两种光谱复原方法的光谱复原精度,结果显示仪器矩阵方法的复原误差稳定在1％～3％,而傅里叶变换法的复原误差在3％～7％的范围内.因此,和傅里叶变换光谱复原方法相比,基于仪器特征矩阵的光谱复原方法的光谱复原精度更高.