声光调制型可见光高光谱成像技术研究
声光调制型可见光高光谱成像技术研究
基于布拉格调制的声光可调谐滤波器（Acousto-optic tunable filter,AOTF）是一种超声波与光波可以在各向异性介质中发生声光相互作用的新型分光元件,因其既可以被看作是分光元件又可以被看作是偏振元件,而且其具有大孔径角、衍射效率高、调谐速度快等突出优点,以至于这种滤波器被广泛应用于高光谱成像技术中。目前,国外对基于声光可调谐滤波器的高光谱成像技术的相关研究较为成熟,而国内对该研究起步较晚,基本上都处于基础理论和探索性实验阶段,虽然已经有实际应用,但其诸如光谱分辨率、衍射效率等关键性能与国外相比较仍有一定差距,还可以进一步提升,所以仍需要大量深入的理论与实验研究。鉴于此,本文以布拉格调制的声光可调谐滤波技术为基础,开展了相关的理论分析和实验研究工作,旨在将声光可调谐滤波技术完美应用于高光谱成像领域中,进而对我
国高光谱成像技术的发展起到积极的促进作用。在理论上,从TeO2
单晶的光学性质和声学性质出发,首先推导了参量互作用基本方程,并以此为依
据得到了声光调制下的耦合波方程的一般形式。
接着根据耦合波方程和动量匹配条件推导出了两种偏振方向相互垂直的入
射光的基本调谐模式,并给出了选取合适入射角和超声切变波的入射方向的依据。最后针对实验需求计算出了两个声光可调谐滤波器的其它性能指标。在此过程中,解决了介质外+1级衍射光与0级透射光的分离、由色差引起的衍射光漂移以及
降低射频驱动功率等关键问题。分析了锥形光束对声光可调谐滤波器内部分离角、外部分离角、光谱带宽以及衍射效率等性能参数的影响,以此为依据给设计前置光学系统提出了严格的要求。
在实验中利用宽带光源对设计的非共线声光可调谐滤波器的入射光波长与
超声驱动频率、入射光极角与超声驱动频率等基本调谐关系以及衍射光光谱带宽、衍射效率、空间分辨率和介质外衍射光漂移量等性能进行了详细的测量,并根据测量结果对设计的声光可调谐滤波器参数进行优化,直到满足高光谱成像要求。基于设计的声光可调谐滤波器搭建了高光谱成像实验系统,首先利用宽带光源研究了波长调谐范围内色差对衍射光漂移量的影响,并给出了图像漂移量与入射光波长的函数关系式,为设计后置光学接收系统提供了可靠依据。接着在
419.48865.07 nm的光谱范围、100200 m的探测距离内
利用搭建的高光谱成像系统进行了远场成像实验。首次利用双晶对二次滤波技术的可行性进行了详细的实验论证,通过调谐附加在两个声光可调谐滤波器上的超声波驱动频率使衍射光的中心波长间隔逐渐减小,得到了更窄的光谱带宽和更高的信噪比。
在该实验系统下,分别利用一次滤波法和二次滤波法对镨钕玻璃的吸收峰进行了测量,通过对比发现了二次滤波法的优越性。最后,将二次滤波法应用到远场目标成像中,在不同中心波长间隔下通过调谐超声驱动频率间隔进行了远场目标成像,取得了良好的成像结果。通过实验研究也进一步检验了该系统可以利用提出来的二次滤波法在保证在拥有较高光谱分辨率的同时得到清晰的成像,能够实现真正的“图谱合一”。提出一种在宽带光源下基于声光可调谐滤波器进行快速标定液晶相位可变延迟器（Liquid crystal variable retarder,LCVR）的入射光波长、相位延迟量与驱动电压之间关系的方法。
这种方法可以有效标定宽带光源下调谐范围内任意波长的相位延迟量和驱动电压下的关系。然后基于两个AOTF和两个LCVR搭建了高光谱偏振成像系统,在室内对明确偏振方向的目标进行了识别,详细研究了在四组不同相位延迟量时的强度关系。通过调谐两个LCVR的驱动电压和两个AOTF的驱动超声频率检验该系统在整个波长调谐范围内的成像效果,并在不同的衍射光波长、不同的相位延迟条件下对远场目标进行偏振成像探测。最后研究了中心波长分别为457.37 nm、556.31 nm、658.54 nm和755.55nm时,四组不同相位延迟量下的成像情况,经过图像处理后,得到清晰的远场被测目标。
通过研究发现,对于表面较光滑且表面有规则的楼房,铁栅栏等人造目标表现得轮廓分明;对于表面粗糙的树丛等自然目标则没有明显的轮廓规则。利用这些物理差别,成像偏振可以很好地将人造目标从自然景物中区分出来。最后,对入射光波长为755.55 nm,进行了中心波长间隔依次为0.4 nm、0.8 nm、1.2 nm和1.6 nm时的斯托克斯成像。这也是本文的研究目的:基于该系统,既可以探测到更为精细的光谱信息,又可以得到偏振信息。
这种将高光谱分辨与偏振探测相结合的方法大幅提高了复杂背景环境下提取目标信息的能力。
实验一 声光调制实验
实验一 声光调制实验 早在本世纪30年代就开始了声光衍射的实验研究。60年代激光器的问世为声光衍射现象的研究提供了良好的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。利用声光效应制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要应用。声光效应已广泛应用于声学、光学和光电子学。近年来，随着声光技术的不断发展，人们已广泛地开始采用声光器件在激光腔内进行锁膜或作为连续器件的Q 开关。由于声光器件具有输入电压低驱动功率小、温度稳定性好、能承受较大光功率、光学系统简单、响应时间快、控制方便等优点，加之新一代的优质声光材料的发现，使声光器件具有良好的发展前景，它将不断地满足工业、科学、军事等方面的需求。 一、实验目的 1、掌握声光调制的基本原理。 2、了解声光器件的工作原理。 3、了解布拉格声光衍射和拉曼—奈斯声光衍射的区别。 4、观察布拉格声光衍射现象。 二、实验原理 （一）声光调制的物理基础 1、弹光效应 若有一超声波通过某种均匀介质，介质材料在外力作用下发生形变，分子间因相互作用力发生改变而产生相对位移，将引起介质内部密度的起伏或周期性变化，密度大的地方折射率大，密度小的地方折射率小，即介质折射率发生周期性改变。这种由于外力作用而引起折射率变化的现象称为弹光效应。弹光效应存在于一切物质。 2、声光栅 当声波通过介质传播时，介质就会产生和声波信号相应的、随时间和空间周期性变化的相位。这部分受扰动的介质等效为一个“相位光栅”。其光栅常数就是声波波长λs ，这种光栅称为超声光栅。声波在介质中传播时，有行波和驻波两种形式。特点是行波形成的超声光栅的栅面在空间是移动的，而驻波场形成的超声光栅栅面是驻立不动的。 当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。到达另一端时，如果遇到吸声物质，超声波将被吸声物质吸收，而在声光晶体中形成行波。由于机械波的压缩和伸长作用，则在声光晶体中形成行波式的疏密相间的构造，也就是行波形式的光栅。 当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。如果遇见反声物质，超声波将被反声物质反射，在返回途中和入射波叠加而在声光晶体中形成驻波。由于机械波压缩伸长作用，在声光晶体中形成驻波形式的疏密相同的构造，也就是驻波形式的光栅。 首先考虑行波的情况，设平面纵声波在介质中沿x 方向传播，声波扰动介质中的质点位移可写成 ()x k t u u s s -=ωcos 01 (1) μ0是质点振动的振幅，ωs 是声波频率，k s 是声波波矢量的模。相应的应变场是 ()x k t k u x u S s s s -=??-=ωsin 01 (2) 对各向同性介质，折射率分布为
光电成像原理及技术课后题答案
光电成像原理及技术课后题 答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
第一章 5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点在光电成像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑 答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。 b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差； 分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认； 时间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上； 空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察； 光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。 6．反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的依从关系。 在直视型光电成像器件用于增强可见光图像时，被定义为电镀增益G 光电灵敏度： 或者： 8.怎样评价光电成像系统的光学性能有哪些方法和描述方式 答，利用分辨力和光学传递函数来描述。 分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨力。通常用光电成像系统在一定距离内能够分辨的等宽黑白条纹来表示。 光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间不变性成像条件的光电成像过程，完全可以用光学传递函数来 定量描述其成像特性。
第二章 6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？ 答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）； 景物细节对光电成像系统接受孔径的张角； 景物细节与背景之间的辐射对比度。 第三章 13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种类型？ 答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类： 黑体，=1； 灰体，<1,与波长无关； 选择体，<1且随波长和温度而变化。 14.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。 答：普朗克公式： 普朗克公式描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体理论的基础。 斯蒂芬-波尔滋蔓公式： 表明黑体在单位面积上单位时间内辐射的总能量与黑体温度T的四次方成正比。 维恩位移定律： 他表示当黑体的温度升高时，其光谱辐射的峰值波长向短波方向移动。 最大辐射定律： 一定温度下，黑体最大辐射出射度与温度的五次方成正比。 第五章
声光调制实验
声光调制实验 【实验目的】 1、了解声光调制实验原理； 2、研究声场与光场相互作用的物理过程； 3、测量声光效应的幅度特性和偏转特性。 【实验仪器及装置】 声光调制实验仪（半导体激光器、声光调制晶体、光电接收等）、示波器。 图5.1 所示为声光调制实验仪的结构框图。由图可见，声光调制实验系统由光路与电路两大单元组成。 光电接收 线阵激光器声光晶体 信号输出（扩展用） 光电信号信号 解调输出解调输出 主控单元 超声载波信号源 激光电源载波频率指示 载波幅度指示 外接调制信号 Y Ⅰ 或音频信号调制信号源接收光强指示 解调波 Y Ⅱ 调制波 图 5.1声光调制实验系统框图 一、光路系统 由激光管（ L）、声光调制晶体（ AOM）与光电接收（ R）、CCD接收等单元组装在精密光具座上，构成声光调制仪的光路系统。 注：本系统仅提供半导体激光管（包含电源）作为光源，如使用氦氖激光管或其他激光源时，需另配置其它配套电源。 二、电路系统
除光电转换接收部件外，其余电路单元全部组装在同一主控单元之中。 图5.2 主控单元前面板 图5.2 为电路单元的仪器前面板图，各控制部件的作用如下： 电源开关控制主电源，按通时开关指示灯亮，同时对半导体激光器供电。 解调输出插座解调信号的输出插座，可送示波器显示。 解调幅度旋钮用于调节解调监听与信号输出的幅度。 载波幅度旋钮用于调节声光调制的超声信号功率。 载波选择开关用于对声光调制超声源的选择： 关——无声光调制 80MHz——使用 80MHz晶振的声光调制 Ⅰ—— 60～ 80MHz声光调制 Ⅱ—— 80～ 100MHz 声光调制 载波频率旋钮用以调节声光调制的超声信号频率。 调制监视插座将调制信号输出到示波器显示的插座。（输出波形既可与解调信号进行比较，也可呈现出射光的能量分布状态） 外调输入插座用于对声光调制的载波信号进行音频调制的插座。 （插入外来信号时1kHz 内置的音频信号自动断开） 调制幅度旋钮用以调节音频调制信号的幅度。 接收光强指示数字显示经光电转换后光信号大小。 载波电压指示数字显示声光调制的超声信号幅度。 载波频率指示数字显示声光调制的超声信号频率。
高光谱成像检测技术
高光谱成像检测技术 一、高光谱成像技术的简介 高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术，其最突出的应用是遥感探测领域，并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术，是传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。 高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上，在从紫外到近红外（200-2500nm）的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。 高光谱成像技术具有超多波段（上百个波段）、高的光谱分辨率（几个nm）、波段窄（≤10-2λ）、光谱范围广（200-2500nm）和图谱合一等特点。优势在于采集到的图像信息量丰富，识别度较高和数据描述模型多。由于物体的反射光谱具有“指纹”效应，不同物不同谱，同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。 二、高光谱成像系统的组成和成像原理 高光谱成像技术的硬件组成主要包括光源、光谱相机（成像光谱仪+CCD）、装备有图像采集卡的计算机。光谱范围覆盖了200-400nm、400-1000nm、900-1700 nm、1000-2500 nm。 CCD 光源光栅光谱仪成像镜头
光谱相机的主要组成部分有：准直镜、光栅光谱仪、聚焦透镜、面阵CCD。 高光谱成像仪的扫描过程：面阵CCD探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描（X方向），横向排列的平行光垂直入射到透射光栅上时，形成光栅光谱。这是一列像元经过高光谱成像仪在CCD上得到的数据。它的横向是X方向上的像素点，即扫描的一列像元；它的纵向是各像元所对应的光谱信息。 同时，在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（Y方向）。
声光调制型可见光高光谱成像技术研究
声光调制型可见光高光谱成像技术研究 基于布拉格调制的声光可调谐滤波器（Acousto-optic tunable filter,AOTF）是一种超声波与光波可以在各向异性介质中发生声光相互作用的新型分光元件,因其既可以被看作是分光元件又可以被看作是偏振元件,而且其具有大孔径角、衍射效率高、调谐速度快等突出优点,以至于这种滤波器被广泛应用于高光谱成像技术中。目前,国外对基于声光可调谐滤波器的高光谱成像技术的相关研究较为成熟,而国内对该研究起步较晚,基本上都处于基础理论和探索性实验阶段,虽然已经有实际应用,但其诸如光谱分辨率、衍射效率等关键性能与国外相比较仍有一定差距,还可以进一步提升,所以仍需要大量深入的理论与实验研究。鉴于此,本文以布拉格调制的声光可调谐滤波技术为基础,开展了相关的理论分析和实验研究工作,旨在将声光可调谐滤波技术完美应用于高光谱成像领域中,进而对我 国高光谱成像技术的发展起到积极的促进作用。在理论上,从TeO2 单晶的光学性质和声学性质出发,首先推导了参量互作用基本方程,并以此为依 据得到了声光调制下的耦合波方程的一般形式。 接着根据耦合波方程和动量匹配条件推导出了两种偏振方向相互垂直的入 射光的基本调谐模式,并给出了选取合适入射角和超声切变波的入射方向的依据。最后针对实验需求计算出了两个声光可调谐滤波器的其它性能指标。在此过程中,解决了介质外+1级衍射光与0级透射光的分离、由色差引起的衍射光漂移以及 降低射频驱动功率等关键问题。分析了锥形光束对声光可调谐滤波器内部分离角、外部分离角、光谱带宽以及衍射效率等性能参数的影响,以此为依据给设计前置光学系统提出了严格的要求。 在实验中利用宽带光源对设计的非共线声光可调谐滤波器的入射光波长与 超声驱动频率、入射光极角与超声驱动频率等基本调谐关系以及衍射光光谱带宽、衍射效率、空间分辨率和介质外衍射光漂移量等性能进行了详细的测量,并根据测量结果对设计的声光可调谐滤波器参数进行优化,直到满足高光谱成像要求。基于设计的声光可调谐滤波器搭建了高光谱成像实验系统,首先利用宽带光源研究了波长调谐范围内色差对衍射光漂移量的影响,并给出了图像漂移量与入射光波长的函数关系式,为设计后置光学接收系统提供了可靠依据。接着在 419.48865.07 nm的光谱范围、100200 m的探测距离内
高光谱成像检测技术.
高光谱成像检测技术 、高光谱成像技术的简介 高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术, 其最突出的应用是遥感探测领域, 并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。 它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。 技术,是高光谱成像 技术的定义是在多光谱成像的基础上,在从紫外到近红外（200-2500nm 的光谱范围内,利用成像光谱仪,在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成 像。在获得物体空间特征成像的同时, 也获得了被测物体的光谱信息。 高光谱成像技术具有超多波段（上百个波段、高的光谱分辨率（几个nm 、波 段窄（＜1-2入光谱范围广（200-2500nm和图谱合一等特点。优势在于采集到的图像信息量丰富, 识别度较高和数据描述模型多。由于物体的反射光谱具有“指纹” 效应, 不同物不同谱, 同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。、高光谱成像系统的组成和成像原理 高光谱成像技术的硬件组成主要包括光源、光谱相机（成像光谱仪+CCD 、装备有图像采集 卡的计算机。光谱范围覆盖了200-400nm 、400-1000nm 、900-1700 nm 、1000-2500 nm。
CC D 朮源「一光栅壯谱以 —a I \、 「维电移台 . 样品 A CCD。 光谱相机的主要组成部分有：准直镜、光栅光谱仪、聚焦透镜、面阵
高光谱成像仪的扫描过程：面阵CCD探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描（X方向，横向排列的平行光垂直入射到透射光栅上时，形成光栅光谱。这是一列像元经过高光谱成像仪在CCD上得到的数据。它的横向是X方 向上的像素点，即扫描的一列像元；它的纵向是各像元所对应的光谱信息。 同时,在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（丫方向。 1\ 综合横纵扫描信息就可以得到样品的三维高光谱图像数据。
红外图像与可见光图像融合笔记
红外图像与可见光图像融合 笔记 图像融合是将来自不同传感器在同一时间(或者不同时间)对同一目标获取的两幅或者多幅图像合成为一幅满足某种需求图像的过程。 为了获得较好的融合效果，在研究融合算法之前，对图像预处理理论及方法进行了研究。预处理理论主要包括图像去噪、图像配准和图像增强。图像去噪目的是为了减少噪声对图像的影响。图像配准是使处于不同状态下的图像达到统一配准状态的方法。图像增强是为了突出图像中的有用信息，改善图像的视觉效果，并方便图像的进一步融合。 图像融合评价方法：主观评价和客观评价。指标如：均值、标准差、信息熵等。 针对IHS变换和小波变换的优缺点，本文提出了一种基于这两种变换结合的图像融合方法。该算法的具体实现步骤如下：先对彩色可见光图像进行IHS变换，对红外图像进行增强，然后将变换后得到的I分量与已增强的红外图像进 行2层小波分解，将获得的低频子带和高频子带使用基于窗口的融合规则，而后对分量进行小波重构和IHS逆变换，最后得到融合结果。经仿真实验证明，此结果优于传统IHS变换和传统小波变换，获得了较好的融合结果，既保持了可见光图像中的大量彩色信息又保留了红外图像的重要目标信息。 红外传感器反映的是景物温度差或辐射差，不易受风沙烟雾等复杂条件的影响。一般来说，红外图像都有细节信息表现不明显、对比度低、成像效果差等缺点，因此其可视性并不是很理想。 可见光成像传感器与红外成像传感器不同，它只与目标场景的反射有关与其他无关，所以可见光图像表现为有较好的颜色等信息，反应真实环境目标情况，但当有遮挡时就无法观察出遮挡的目标。 利用红外传感器发现烟雾遮挡的目标或在树木后的车辆等。在夜间，人眼不 能很好的辨别场景中的目标，但由于不同景物之间存在着一定的温度差，可以利用红外传感器，它可以利用红外辐射差来进行探测，这样所成的图像虽然不能直接清晰的观察目标，但是能够将目标的轮廓显示出来，并能依据物体表面的温度和发射率的高低把重要目标从背景中分离出来，方便人眼的判读。但由于自身成像原理以及使用条件等原因，所形成图像具有噪声大、对比度低、模糊不清、视觉效果差等问题。不利于人眼判读。 可以将两者图像融合在一起，这样可以丰富图像信息，提高图像分辨率，增强图像的光谱信息，弥补单一传感器针对特定场景表达的不全面，实现对场景全面清晰准确的表达。 两者的主要区别有： (1)可见光图像与红外图像的成像原理不同，前者依据物体的反射率的不同进行成像，后者依据物体的温度或辐射率不同进行成像，因此红外图像的光谱信 息明显不如可见光图像。
光成像技术的发展及原理(胶片成像到CCD成像)
《可见光成像的发展及工作原理》胶片成像的发展史： 公元1725年德国，纽伦堡阿道夫大学的医学教授，亨利其舒尔兹（Heinrich Schulze 1687－1744）发现；装有硝酸银溶液，曝光几分钟会变黑，没曝光仍能是原来的浅白色。他发现，不是由于热和空气，而是因光的作用。经实验，混合物中含银越多，曝光变黑速度就越快。他在1927年发表了「硝酸银与白垩之混合物对光的作用」之论文。垩，白色而可以用来作涂饰的土。文中述说：将硝酸银与白垩之混合物，加水作成白色泥状物，放入玻璃夹版，外放以黑色且有剪成的图案、文字的纸，经露曝受光后，则玻璃版会现出图案、文字来。如此广为科学界重视，也是最早提出对摄影有用的光化学之第一人。德国人赞誉他是现代，摄影取像片的始祖。 公元1737年法国海勒特（M Hellot）发明了钢笔写字纸，浸在硝酸银溶液后，竟然没有了字迹。再经过曝光日晒后，却又能现黑字。此为科学家开始研发，摄影中显影剂的滥觞。 公元1802年英国汤姆斯─维吉伍德（Thomas Wedgwood），进一步将影像投影在硝酸银纸上，作影像存有，可长期保持。他最大贡献是完成了与现在照相机一样的最原始照像机，当时所谓『晦影照像机』。这照像机是一个匣盒状，针孔是装有透镜，相对的内部有可以感光的硝酸银纸。这可以感光的硝酸银纸，是他以白纸浸湿在硝酸银溶液中，再于黑暗处所凉干它。此纸若在日光下露曝，只要二、三分钟就变为黑色。若以间接光，通过进入，他作出的像机内，得感光须数小时之久，才会变黑显影像。但在红光下便不感光变黑。
不久他的学生亨弗利戴维爵士（Sir Hunmphrey Davy），以氯化银取代硝酸银来定影处理，竟而成功了人类史上第一张较能存久的相片。 汤姆思维吉伍德和亨弗利戴维被英国皇家科学院誉为「暗箱」与感光材料结合的先驱者。 公元1800年英国科学家威廉赫谢尔（Willian Herschel）发现红外光线。它在我们可见光区（光的七种颜色；红、橙、黄、绿、蓝、靛蓝、紫），红端的部分。我们肉眼看不到它的光，但是会感觉到它给我们的温热，此光会影响摄影的影像、感光底片、彩色相片等色泽。 公元1801年科学家理特恩（J W Ritten）发现紫外线。它在我们可见光区（光的七种颜色）的紫端部分。此光人眼也见不到，但它照射到某些表面时，可使之发荧光，有种醒目亮丽的感觉。它和红外光线一样，会影响摄影技术上效用，尤其在照明上，会产生特殊效果，以及激发荧光材料的色彩等。 公元1812年英国科学家乌拉斯顿（Wollaston W Hyde 1766－1828）；利用多片凹凸透镜，制出有史来，最好的摄影镜头。开始奠下，研发未来有更好、更精准，摄影镜头的基础。
声光调制实验装置说明书
声光调制实验 一、用途 声光调制是高等院校实验教学仪器，主要用于现代物理实验、光学实验和声光调制实验。将调制电压加载到光波上的技术叫光调制技术。利用声光效应实现的调制叫声光调制。60年代激光器的问世为声光现象的研究提供了良好的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。利用声光效应制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要应用。声光效应已广泛应用于声学、光学和光电子学。由于声光器件具有输入电压低驱动功率小、温度稳定性好、能承受较大光功率、光学系统简单、响应时间快、控制方便等优点，加之新一代的优质声光材料的发现，使声光器件具有良好的发展前景，它将不断地满足工业、科学、军事等方面的需求。 二、结构 本仪器由可调半导体激光器做光源，声光晶体盒、声光调制电源箱及滑座和旋转平台等组成。见下图： 1.调平底脚 2.导轨 3.滑座 4.四维调整架 5.半导体激光器 6.声光晶体盒 7.旋转平台 8.小孔光阑 9.横向滑座 10.光电探测器
三、技术参数 (1)声光调制器声光介质：钼酸铅晶体 换能器介质：铌酸锂晶体 通光口径：1mm 中心频率：80MHz 衍射效率：〉70% (2)激光光源半导体激光电源 (3)激光波长 650nm (4)光功率输出 0～可调 (5)交流电源 AC220v 22v 50Hz (6)环境温度 0～40℃ 四、主要功能特点及实验项目 1、观察声光调制的衍射现象 调节激光束的亮度，使在相屏中心有明晰的光点呈现，此即为声光调制的0级光斑； 打开声光调制电压，此时以80MHz为中心频率的超声波开始对声光晶体进行调制； 微调载物平台上声光调制器的转向，以改变声光调制器的光束入射角，即可出现因声光调制而出现的衍射光斑； 仔细调节光束对声光调制器的角度，当+1级（或者－1级）衍射光最强时，声光调制器即运转在布拉格条件下的偏转状态。 注：布拉格衍射一级衍射达到极值的条件是：1)控制电压为一特定的值；2)入射激光必须以特定的角度布拉格角α入射。 2、观察交流信号调制特性
声光调制实验
成绩信息与通信工程学院实验报告 （操作性实验） 课程名称：物理光学 实验题目：声光调制实验指导教师：班级：学号：学生： 一、实验目的和任务 1、观察声光调制的偏转现象 2、测试声光调制的幅度特性 3、显示声光调制偏转曲线 4、观察声光调制随频率偏转现象 5、测试声光调制频率偏转特性 6、测量声光调制器的衍射效率 7、测量超声波的波速 8、声光调制与光通讯实验演示 二、实验仪器及器件 声光调制实验仪 ..
图1 声光调制实验仪装置 三、实验容及原理 声光调制原理： 当声波在某些介质中传播时，会随时间与空间的周期性的弹性应变，造成介质密度（或光折射率）的周期变化。介质随超声应变与折射率变化的这一特性，可使光在介质中传播时发生衍射，从而产生声光效应：存在于超声波中的此类介质可视为一种由声波形成的位相光栅（称为声光栅），其光栅的栅距（光栅常数）即为声波波长。当一束平行光束通过声光介质时，光波就会被该声光栅所衍射而改变光的传播方向，并使光强在空间作重新分布。 声光器件由声光介质和换能器两部分组成。前者常用的有钼酸铅（PM）、氧化碲等，后者为由射频压电换能器组成的超声波发生器。如图1所示为声光调制原理图。 声光介质 衍射光 入射光 换能器图1 声光调制原理 声波 θiθdθB 图2 声光调制的原理 理论分析指出，当入射角（入射光与超声波面间的夹角） i θ满足以下条件时，衍射光最强。 ..
.. ??? ? ??=??? ??=??? ?????? ??=s s i N k K N N λλπλλπθ2242sin （1） 式中N 为衍射光的级数，λ、k 分别为入射光的波长和波数λ π 2=k ，s λ与K 分别为超声 波的波长和波数s K λπ 2= 声光衍射主要分为布拉格（Bragg ）衍射和喇曼-奈斯（Raman-Nath ）衍射两种类型。前者通常声频较高，声光作用程较长；后者则反之。由于布拉格衍射效率较高，故一般声光器件主要工作在仅出现一级光（N=1）的布拉格区。 满足布拉格衍射的条件是： s F Sin υλθ2= B （2） （式中F 与s υ分别为超声波的频率与速度，λ为光波的波长） 当满足入射角i θ较小，且 B i θθ=的布拉格衍射条件下，由（1）式可知，此时k K B 2≈θ ，并有最强的正一级（或负一级）的衍射光呈现。 入射（掠射）角i θ与衍射角B θ之和称为偏转角d θ（参见图1），由（2）式： s s B B i d F k K V 2λλλθθθθ=== =+= （3） 由此可见，当声波频率F 改变时，衍射光的方向亦将随之线性地改变。 同时由此也可求得超声波在介质中的传播速度为： d s F θλ =V （4） 四、实验步骤 1、观察声光调制的偏转现象 （1） 调节激光束的亮度，使在像屏中心有明晰的光点呈现，此即为声光调制的0 级光斑。
红外成像技术原理及其应用
红外热成像技术，也是一个有非常广阔前途的高科技技术，其大量的应用将会引起许多行业变革性的改变。 一、什么是红外热成像？ 光线是大家熟悉的。光线是什么？光线就是可见光，是人眼能够感受的电磁波。可见光的波长为：0.38 ～0.78 微米。比0.38 微米短的电磁波和比0.78 微米长的电磁波，人眼都无法感受。比0.38 微米短的电磁波位于可见光光谱紫色以外，称为紫外线，比0.78 微米长的电磁波位于可见光光谱红色以外，称为红外线。红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78 ～1000微米的电磁波。其中波长为0.78 ～2.0 微米的部分称为近红外，波长为2.0 ～1000 微米的部分称为热红外线。 照相机成像得到照片，电视摄像机成像得到电视图像，都是可见光成像。自然界中，一切物体都辐射红外线，因此利用探测仪测定目标的本身和背景之间的红外线差并可以得到不同的红外图像，热红外线形成的图像称为热图。 目标的热图像和目标的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的目标可见光图像，而是目标表面温度分布图像，换一句话说，红外热成像使人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。 二、红外热成像的特点是什么？ 有位著名的美国红外学者指出：“人类的发展可分为三个阶段。第一个阶段是人类通过制造工具，扩展体力活动的能力，第二阶段通过提高判断能力，寻求更清晰和更广泛的理解与判断事物的标准，而人类近年来致力的增强获得输入信息的能力，扩大感觉范围或增填新的感官，使我们的大脑能接受更多的信息，正是人类发展的第三阶段。在这个阶段中，红外技术的发展已经把人类的感官由五种增加到六种”。这一席话，我认为恰如其分的道出了红外热成像技术在当代的重要性。因为，我们周围的物体只有当它们的温度高达1000 ℃以上时，才能够发出可见光。相比之下，我们周围所有温度在绝对零度（-273 ℃）以上的物体，都会不停地发出热红外线。例如，我们可以计算出，一个正常的人所发出的热红外线能量，大约为100 瓦。所以，热红外线（或称热辐射）是自然界中存在最为广泛的辐射。热辐射除存在的普遍性之外，还有另外两个重要的特性。 1.大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3 ～5 微米和8 ～14 微米的热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口”。利用这两个窗口，可以使人们在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的战场，清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点，红外热成像技术在军事上提供了先进的夜视装备，并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。这些系统在海湾战争中发挥了非常重要的作用。 2.物体的热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度相关。热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行无接触温度测量和热状态分析，从而为工业生产，节约能源，保护环境等等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。 红外热成像仪器 根据所有物体都在不停发射红外线的特点，各国竞相开发出各种红外热成像仪器。美国德克萨斯仪器公司（TI）在1964年首次研制成功第一代的热红外成像装置，叫红外前视系统（FLIR），这类装置利用光学元件运动机械，对目标的热辐射进行图像分解扫描，然后应用光电探测器进行光—电转换，最后形 成热图象视频信号，并在荧屏上显示，红外前视系统至今仍是军用飞机、舰船和坦克上的重要装置。 六十年代中期瑞典AGA 公司和瑞典国家电力局，在红外前视装置的基础上，开发了具有温度测量功能的热红外成像装置。这种第二代红外成像装置，通常称为热像仪。七十年代法国汤姆荪公司研制出不需致冷的红外热电视产品。 九十年代出现致冷型和非致冷型的焦平面红外热成像仪，这是一种最新一代的红外热成像仪，可以进行大规模的工业化生产，把红外热成像的应用提高到一个新的阶段。 七十年代中国有关单位已经开始对红外热成像技术进行研究，到八十年代初，中国在长波红外元件的研制和生产技术上有了一定的进展。到了八十年代末和九十年代初，中国已经研制成功了实时红外成像样
声光调制实验
成绩信息与通信工程学院实验报告 (操作性实验) 课程名称:物理光学 实验题目:声光调制实验指导教师: 班级:学号: 学生姓名: 一、实验目得与任务 1、观察声光调制得偏转现象 2、测试声光调制得幅度特性 3、显示声光调制偏转曲线 ４、观察声光调制随频率偏转现象 5、测试声光调制频率偏转特性 6、测量声光调制器得衍射效率 7、测量超声波得波速 8、声光调制与光通讯实验演示 二、实验仪器及器件 声光调制实验仪 图1 声光调制实验仪装置 三、实验内容及原理 声光调制原理:
当声波在某些介质中传播时,会随时间与空间得周期性得弹性应变,造成介质密度(或光折射率)得周期变化、介质随超声应变与折射率变化得这一特性,可使光在介质中传播时发生衍射,从而产生声光效应:存在于超声波中得此类介质可视为一种由声波形成得位相光栅(称为声光栅),其光栅得栅距(光栅常数)即为声波波长。当一束平行光束通过声光介质时,光波就会被该声光栅所衍射而改变光得传播方向,并使光强在空间作重新分布。 声光器件由声光介质与换能器两部分组成。前者常用得有钼酸铅(PＭ)、氧化碲等,后者为由射频压电换能器组成得超声波发生器、如图1所示为声光调制原理图。 射频信号 图2 声光调制得原理 图1 声光调制原理 理论分析指出,当入射角(入射光与超声波面间得夹角)满足以下条件时,衍射光最强。 (1) 式中N为衍射光得级数,、k分别为入射光得波长与波数,与K分别为超声波得波长与波数 声光衍射主要分为布拉格(Bragg)衍射与喇曼—奈斯(Ｒaman-Ｎath)衍射两种类型、前者通常声频较高,声光作用程较长;后者则反之。由于布拉格衍射效率较高,故一般声光器件主要工作在仅出现一级光(N=１)得布拉格区。 满足布拉格衍射得条件就是: (2) (式中F与分别为超声波得频率与速度,为光波得波长) 当满足入射角较小,且得布拉格衍射条件下,由(１)式可知,此时 ,并有最强得正一级(或负一级)得衍射光呈现。 入射(掠射)角与衍射角之与称为偏转角(参见图1),由(２)式: (3)
高光谱成像国内外研究与应用
前言 随着科学技术的发展，人们的感官得到了延伸，认识事物的能力也不断的提高，其中光谱成像和雷达成像成为其中的佼佼者，高谱和图像使人们能够在大千世界更好的认识到事物。高光谱成像技术作为一项优点显著，实用的成像技术，从20世纪80年代开始得到了世界各国的重视，经过深入的研究和发展如今已经被广泛地应用于各个领域。 高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域,它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命,它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质,在高光谱遥感中能被探测。 高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，其中最突出的应用是在遥感探测领域，并在民用领域有着更大的应用前景。 本文通过分析介绍高光谱图像的成像原理，探讨了高光谱图像在国内外发展现状及其应用。
1.高光谱图像成像原理及特点 1.1高光谱遥感基本概念 高光谱遥感是通过高光谱传感器探测物体反射的电磁波而获得地物目标的空间和频谱数据，成立于20世纪初期的测谱学就是它的基础。高光谱遥感的出现使得许多使用宽波段无法探查到的物体，更加容易被探测到，所以高光谱遥感的出现时成功的是革命性的。 1.2高光谱图像成像原理 光源相机（成像光谱仪+ccd）装备有图像采集卡的计算机是高光谱成像技术的硬件组成，其光谱的覆盖范围为200-400nm，400-1000nm，900-1700nm，1000-2500nm。其中光谱相机的主要组成部分为准直镜，光栅光谱仪，聚焦透镜以及面阵ccd。 其扫描过程是当ccd探测器在光学焦面的垂直方向上做横向扫描（x），当横向的平行光垂直入射到投身光栅是就形成了光栅光谱，这是象元经过高光谱仪在ccd上得出的数据，它的横向式x方向上的像素点也就是扫描的象元，它的总想是各象元对应的信息。在检测系统输送前进是排列的他测器完成纵向扫面（y）。综合扫描信息即可得到物体的三围高光谱数据。 1.3高光谱遥感的特点 （1）波段多且宽度窄能够使得高光谱遥感探测到别的宽波段无法探测到的物体。 （2）光谱响应范围更广和光谱分辨率高使得它能够更加精细的发硬出被探测物的微小特征。 （3）它可以提供空间域和光谱域信息也就是“谱像合一”。 （4）数据量大和信息冗余多，由于高光谱数据的波段多，其数据量大，而且和相邻波段的相关性比较高就使得信息冗余度增加很多。 （5）高光谱遥感的数据描述模型多能够分析的更灵活。经常使用的3种模型有：图像，光谱和特征模型。 1.4高光谱的优势 随着高光谱成像的光谱分辨率的提高，其探测能力也有所增强。因此，与全色和多光谱成像相比较，高光谱成像有以下显著优著: (1)有着近似连续的地物光谱信息。高光谱影像在经过光谱反射率重建后，能获取与被探测物近似的连续的光谱反射率曲线，与它的实测值相匹配，将实验室中被探测物光谱分析模型应用到成像过程中。 (2)对于地表覆盖的探测和识别能力极大提高。高光谱数据能够探测具有诊断性光谱
光电成像原理与技术部分答案(北理工)
第一章 5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点？在光电成像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑？ 答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。 b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差；分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认；时 间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上；空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察；光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。 6．反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些？答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的依从关系。 在直视型光电成像器件用于增强可见光图像时，被定义为电镀增益G1 ，光电灵敏度：或者： 8.怎样评价光电成像系统的光学性能？有哪些方法和描述方式？答，利用分辨力和光学传递函数来描述。 分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨力。通常用光电成像系统在一定距离内能够分辨的等宽黑白条纹来表示。 光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间不变性成像条件的光电成像过程，完全可以用光学传递函数来定量描述其成像特性。 第二章 6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？ 答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）景物细节对光电成像系统接受孔径的张角；景物细节与背景之间的辐射对比度。 第三章 13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种类型？答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类： 黑体，=1 ； 灰体，<1, 与波长无关；选择体，<1 且随波长和温度而变化。 14.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。答：普朗克公式：普朗克公式描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体理论的基础。斯蒂芬- 波尔滋蔓公式：表明黑体在单位面积上单位时间内辐射的总能量与黑体温度T 的四次方成正比。 维恩位移定律：他表示当黑体的温度升高时，其光谱辐射的峰值波长向短波方向移动。 最大辐射定律：一定温度下，黑体最大辐射出射度与温度的五次方成正比。 第五章 1、像管的成像包括哪些物理过程？其相应的理论或实验依据是什么？ （1 ）像管的成像过程包括 3 个过程 A、将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐射图像转换成电子图像 B 、使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量倍增 C、将获得增强后的电子图像转换成可见的光学图像 （2） A 过程：外广电效应、斯托列夫定律和爱因斯坦定律 B 过程：利用的是电子在静电场或电磁复合场中运动规律来获得能量增强；或者利用微通道板中二次电 子发射来增加电子流密度来进行图像增强 C 过程：利用的是荧光屏上的发光材料可以将光电子动能转换成光能来显示光 学图像
光谱图像与高光谱图像的区别介绍
光谱图像与高光谱图像的区别介绍 光谱分辨率在10l数量级范围内的光谱图像称为高光谱图像（Hyperspectral Image）。遥感技术经过20世纪后半叶的发展，无论在理论上、技术上和应用上均发生了重大的变化。其中，高光谱图像技术的出现和快速发展无疑是这种变化中十分突出的一个方面。通过搭载在不同空间平台上的高光谱传感器，即成像光谱仪，在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域，以数十至数百个连续且细分的光谱波段对目标区域同时成像。在获得地表图像信息的同时，也获得其光谱信息，第一次真正做到了光谱与图像的结合。与多光谱遥感影像相比，高光谱影像不仅在信息丰富程度方面有了极大的提高，在处理技术上，对该类光谱数据进行更为合理、有效的分析处理提供了可能。因而，高光谱图像技术所具有的影响及发展潜力，是以往技术的各个发展阶段所不可比拟的，不仅引起了遥感界的关注，同时也引起了其它领域（如医学、农学等）的极大兴趣。 高光谱图像：是指一系列包含一些列可见/近红外光谱，一般有400-1000 nm，已经包含了可见光（400-780 nm）和近红外（780-1000nm）。 多光谱图像简介多光谱图像是指包含很多带的图像，有时只有3个带（彩色图像就是一个例子）但有时要多得多，甚至上百个。每个带是一幅灰度图像，它表示根据用来产生该带的传感器的敏感度得到的场景亮度。在这样一幅图像中，每个像素都与一个由像素在不同带的数值串，即一个矢量相关。这个数串就被称为像素的光谱标记。 1．用不相关或独立的其他带替换当前带；这个问题特别与遥感应用有关，但在一般的图像处理中，如果要从多光谱图像生成一幅单带灰度图像也与此有关。 2．使用一个像素的光谱标记来识别该像素所表示的目标种类。这是一个模式识别问题，它取决于下列图像处理问题的解：消除一个像素的光谱标记对图像采集所用光谱的依赖性。这是一个光谱恒常性问题。 3．处理多光谱图像的特定子集，它包括在电磁谱里仅光学部分的3个带，它需要以或者替换或者模仿人类感知颜色的形式来进行处理。 4．在特定应用中使用多光谱图像，并对它们进行常规的操作。这里的一个问题是，现在
成像光谱技术简介
成像光谱技术 1.成像光谱技术发展简述 光谱技术是指利用光与物质的相互作用研究分子结构及动态特性的学科，即通过获取光的发射、吸收与散射信息可获得与样品相关的化学信息，成像技术则是获取目标的影像信息，研究目标的空间特性信息。这两个独立的学科在各自的领域里已有数百年的发展历史，但是知道上个世纪六十年代，遥感技术兴起，空间探测和地表探测一时成为科学界研究的热点，人们希望得到的不单纯是目标的影响信息或者目标的光谱信息，而是同时得到影像信息和光谱信息，这一需求极大的导致了成像技术和光谱技术的结合，催生出了成像光谱技术。 所谓光谱成像技术，其本质是充分利用了物质对不同电磁波谱的吸收或辐射特性，在普通的二维空间成像的基础上，增加了一维的光谱信息。由于地物物质组成的不同，其对应的光谱之间存在差异（即指纹效应），从而可以利用地物目标的光谱进行识别和分类。光谱成像技术可以在电磁波段的紫外、可见光、近红外和中红外区域，获取许多窄并且光谱连续的图像数据，为每个像元提供一条完整并且连续的光谱曲线。 图1 成像光谱技术示意图 图1.1就是成像光谱技术的示意图，成像光谱仪得到一个三维的数据立方体，从每个空间象元都可以提取一条连续的光谱曲线，通过谱线的特征分析，继而用于后续的测探等目的。 2.成像光谱仪的分类 成像光谱仪是成像光谱技术发展的必然产物，是可以同时获取影像信息与像元的光谱信息的光学传感器，是成像光谱技术得以实现的实物载体，根据不同的分类标准可以进行多种分类，主要有以下几种： (1)根据成像光谱仪的光谱分辨率不同，可以分为多光谱成像仪
(Multispectral Imager, MSI)，高光谱成像仪(Hyperspectral Imager, HSI)，超光谱成像仪(Hyperspectral Imager, USI)。 多光谱成像仪：获得的目标物的波段在3~12之间，光谱分辨率一般在 100nm左右，主要用于地带分类等方面。 高光谱成像仪：获得的目标物的波段在100~200之间，光谱分辨率在10nm 左右，被广泛用于遥感中。 超光谱成像仪：获得的目标物的波段在1000~10000之间，光谱分辨率在 1nm以下，通常用于大气微粒探测等精细探测领域。 (2)按照分光原理的不同可以分为棱镜色散型、光栅衍射型、滤光片型、干涉 型以及计算层析型。 棱镜色散型和光栅衍射型分别是利用棱镜的色散和光栅的衍射来获取目标物的光谱，这两类光谱仪都是直接型光谱仪，即可以直接得到目标物的光谱曲线，具有原理简单和性能稳定等优点。 滤光片型光谱仪是采用相机加滤光片的方案，分光元件为滤光片，有多种形式，有线性滤光片、旋转滤光片等。这种光谱仪也是一种间接成像光谱仪，需要调制才能获得整个数据立方体 干涉型光谱仪是采用干涉仪实现两束相干光的干涉，从而获得目标物的干涉图。该类型的光谱仪其采集到干涉图和最终需要反演得到光谱图之间存在傅里叶变换关系，故其也称傅里叶变换光谱仪。 (3)按照扫描方式不同，成像光谱技术可分为挥扫式(Whiskbroom)、推扫式(Pushbroom)和凝视(Staring)成像光谱仪。 挥扫视：主要利用扫描镜，将空间信息按照一定的顺序输入，再由光谱仪对各点进行光谱分光，这类光谱仪的探测器一般为线阵。 推扫式：采用一个垂直于运动方向的面阵探测器，先将扫描成像于光谱仪的狭缝上，在通过运动获得另一维的光谱数据。 凝视型：无需探测器的运动，在任意时刻即可获取目标的二维空间信息以及一维光谱信息。 此外，还有多种分类方法，比如按照数据称重理论和调制方式以及搭载平台的不同等等。 3.成像光谱技术的应用 成像光谱技术应用方向可以分为两大类：军用和民用。在军用方面，由于成像光谱仪特别是高光谱成像仪具有在光谱上区分地物类型的能力，因此它在地物的精细分类、目标检测和变化检测上体现出较强的优势，成为一种重要的战场侦察手段。早在20世纪末，美国军方就有实验表明高光谱图像可以分辨出
机器视觉之高光谱成像技术分析
高光谱成像技术 高光谱成像技术起源于地质矿物识别填图研究，逐渐扩展为植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大气的研究中。对空间探测、军事安全、国土资源、科学研究等领域都具有非常重要的意义。 所谓高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。因此，通过高光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。 目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。 原理： 光栅分光原理： 在经典物理学中，光波穿过狭缝、小孔或者圆盘之类的障碍物时，不同波长的光会发生不同程度的弯散传播，再通过光栅进行衍射分光，形成一条条谱带。也就是说：空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。 经过狭缝的光由于不同波长照射到不同的探测器像元上，光能量很低，因此需要选择高灵敏相机，同时需要加光源。例如系统如下：
声光可调谐滤波分光(AOTF)原理： AOTF由声光介质、换能器和声终端三部分组成。射频驱动信号通过换能器在声光介质内激励出超声波。改变射频驱动信号的频率，可以改变AOTF衍射光的波长，从而实现电调谐波长的扫描。 最常用的AOTF晶体材料为TeO2即非共线晶体，也就是说光波通过晶体之后以不同的出射角传播。如上图所示：在晶体前端有一个换能器，作用于不同的驱动频率，产生不同频率的振动即声波。不同的驱动频率对应于不同振动的声波，声波通过晶体TeO2之后，使晶体中晶格产生了布拉格衍射，晶格更像一种滤波器，使晶体只能通过一种波长的光。光进入晶体之后发生衍射，产生衍射光和零级光。 l AOTF系统组成： AOTF系统组成：成像物镜+准直镜+偏振片+晶体+偏振片+物镜+detector，入射光经过物镜会聚之后进入准平行镜(把所有的入射光变成平行光)，准平行光进入偏振片通过同一方向的传播的光，平行光进入晶体之后，平行于光轴的光按照原来方向前行，非平行光进行衍射，分成两束相互垂直o光和e光(入射光的波长不同经过晶体之后的o光与e光的角度也不同，因此在改变波长的过程中，图像会出现漂移);o 光和e光及0级光分别会聚在不同的面上。