棱镜—光栅型短波红外成像光谱仪关键技术研究

doi:81BAE4FA774855B2937F2E5A26111FFA

	棱镜—光栅型短波红外成像光谱仪关键技术研究
	陈建军
学位类型	博士
导师	崔继承
	2019-06-01
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
关键词	成像光谱仪光学设计短波红外波段棱镜-光栅分光模块探测器校正定标单色仪
摘要	成像光谱仪是光学成像技术与光谱分析技术的融合,可在获得目标图像信息的同时获得其对应光谱信息,是一种综合获取目标信息的光学仪器。成像光谱仪把成像技术和光谱技术有机的结合了起来,通过“狭缝”的引入恰到好处的协调了成像与光谱的矛盾,可以同时采集目标的图像信息和光谱信息,从而获得目标的成像光谱数据立方体,从数据立方体中便可以提取出对应的空间图像以及空间图像中任一位置的光谱曲线,即实现了成像技术与光谱技术的融合。目前成像光谱仪已广泛应用于航空航天遥感、医学检测与诊断、矿产资源勘探、环境监测以及军事侦察与伪装识别等诸多领域。并且随着国内对于成像光谱技术的不断推广,可覆盖太阳反射光谱区的成像光谱仪的应用需求日益强烈,并且伴随着近几年无人机技术的飞速发展,适用于无人机载的小型化便携式的短波红外成像光谱仪的需求更是日益迫切。鉴于此,本文展开了对于棱镜-光栅型短波红外成像光谱仪的研究,目标是研制具有自主知识产权的短波红外成像光谱仪,针对棱镜-光栅型短波红外成像光谱仪的设计、加工及装调过程中的一些关键问题开展相关研究,突破棱镜-光栅型短波红外成像光谱仪研制的关键技术。本论文的主要研究内容有:1.棱镜-光栅型短波红外成像光谱仪光学系统的设计。首先是短波红外棱镜-光栅分光模块的设计以及结构参数的优化,并且基于该棱镜-光栅模块进行短波红外成像光谱仪光学系统的设计,包括短波红外像方远心望远系统的设计、棱镜-光栅分光系统的设计以及望远系统与分光系统的一体化组合优化等,然后对光学系统进行严格的公差分析和分配,确保了整个光学系统加工和装调的可行性;2.短波红外成像光谱仪探测器校正技术的研究。针对短波红外探测器普遍存在坏像元与响应非均匀性的问题,提出了一套校正方案,依次对短波红外探测器进行坏像元校正和非均匀性校正。根据成像光谱技术的应用背景,采用光谱二邻域均值替换的方式对坏像元进行校正,并采用运算量小、计算速度快的二点法对探测器的非均匀性进行校正。通过对探测器的校正提高探测器获取数据的质量,从而保证仪器可以获取高品质的成像光谱数据;3.棱镜-光栅型短波红外成像光谱仪装调技术的研究。为了解决不可见的短波红外光学系统的装调问题,采用模块化设计和装调的思想,提出了一种632.8nm可见光辅助装调的方法。在整个光学系统的设计过程中,便引入了632.8nm的可见光作为辅助光,使系统在一定程度上可以以辅助光的成像质量来保证工作波段的成像质量。其中像方远心望远系统模块、棱镜-光栅分光模块和分光系统的前后组模块等,分别采用模块化装调思想独立完成装调,然后结合探测器进行整机联调,最终保证仪器性能达到预期的设计效果;4.棱镜-光栅型短波红外成像光谱仪的光谱定标及仪器测试研究。设计并搭建棱镜-光栅型短波红外成像光谱仪的光谱定标系统,包括定标光源、宽波段高分辨率定标单色仪系统、平行光管以及光谱定标曲线拟合算法等,并具体介绍了定标单色仪的研制过程。对仪器进行了全工作波段的光谱标定,获得了仪器的实际光谱响应函数及光谱分辨率等。对仪器进行测试,通过对特定目标的实验,验证了仪器的实际性能。
页数	133
DOI	81BAE4FA774855B2937F2E5A26111FFA
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63854
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	陈建军. 棱镜—光栅型短波红外成像光谱仪关键技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2019.

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