临近空间短波红外多光谱成像技术

Fluorcam多光谱荧光成像技术及其应用

FluorCam多光谱荧光成像技术（Multi-color FluorCam） 自上世纪90s年代PSI公司首席科学家Nedbal教授与公司总裁Trtilek博士等首次将PAM脉冲调制叶绿素荧光技术与CCD技术结合在一起，成功研制生产FluorCam叶绿素荧光成像系统（Nedbal等，2000）以来，FluorCam叶绿素荧光成像技术得到长足发展和广泛应用，先后有封闭式、开放式（包括标准版和大型版）、便携式叶绿素荧光成像系统，及显微叶绿素荧光成像系统、大型叶绿素荧光成像平台（包括移动式、样带式、XYZ三维扫描式等）等，近些年还进一步发展了PlantScreen植物表型成像分析平台（Phenotyping）（有传送带版、XYZ三维扫描版及野外版等）及多光谱荧光成像技术。 Multi-color FluorCam多光谱荧光成像技术包括多激发光－多光谱荧光成像技术和UV 紫外光激发多光谱荧光成像技术： 1.多激发光－多光谱荧光成像技术：通过光学滤波器技术，仅使特定波长的光（激发光） 到达样品以激发荧光，同时仅使特定波长的激发荧光到达检测器。不同的荧光发色团（如叶绿素或GFP绿色荧光蛋白等）对不同波长的激发光“敏感”并吸收后激发出不同波长的荧光，根据此原理可以选配2个或2个以上的激发光源、绿波轮及相应滤波器，对不同波长荧光（多光谱荧光）进行成像分析。如FluorCam便携式GFP/Chl.荧光成像仪及FluorCam封闭式GFP／Chl.荧光成像系统具备红光和兰光及相应滤波器，可以对GFP和叶绿素荧光成像分析；FluorCam开放式多光谱荧光成像系统可以进一步选配不同颜色的激发光，如除红光、蓝光外，还可选配绿色光源及相应滤波器，以对YFP进行荧光成像分析等； 2.UV紫外光激发多光谱荧光成像技术：长波段UV紫外光（320nm－400nm）对植物叶片 激发，可以产生具有4个特征 性波峰的荧光光谱，4个波峰 的波长为兰光440nm（F440）、 绿光520nm（F520）、红光690nm （F690）和远红外740nm （F740），其中F440和F520 统称为BGF，由表皮及叶肉细 胞壁和叶脉发出，F690和F740 为叶绿素荧光Chl-F。紫外光 激发多光谱荧光（UV-MCF）可 以用来灵敏、特异性地评估植 物生理状态包括受胁迫状态， 包括干旱、病虫害、环境污染、 氮胁迫等 本文就FluorCam多光谱荧光成像技术产品及最新应用案例做一简单介绍，其中FluorCam便携式GFP/Chl荧光成像仪（Handy GFPCam）和FluorCam封闭式GFP/Chl荧光成像系统（Closed GFPCam）已有较为详细的资料介绍，在此不再专门介绍。

红外光谱分析概述

红外光谱分析概述（上） 1．红外光谱 红外光谱是反映红外辐射强度或其他与之相关性质随波长（波数）变化的谱图。目前，它是一种被广泛应用于研究表征物质的化学组成，在分子层次上的结构及分子间相互作用的有力手段。红外射线发现于1800年，在用普通温度计测量可见光谱的温度效应时，在红光一端的外侧观察到有较强的热效应。后来，实验证实了这是由一种肉眼看不见、波长比红光更长的电磁辐射所造成的，这种电磁辐射被称为红外光。通常将红外辐射的波长范围定为0.8～1000微米，并可粗略地分为三个波段：（1）近红外的波段为0.8～2.5微米，波数为12500～4000厘米-1；（2）中红外的波段为2.5～25微米，波数为4000～400厘米-1；（3）远红外的波段为25～1000微米，波数为400～10厘米，目前，实验上已能测定到2500微米，波数为4厘米-1。相应地有近红外光谱、中红外光谱和远红外光谱。 红外光谱的形式虽然多种多样，从本质上可分为发射光谱和吸收光谱两大类。物体的红外发射光谱是指样品在通过受激或自发辐射的条件下，所发射的红外光的强度随波长(波数)变化的光谱图，红外发射光谱主要决定于物体的温度和化学组成。吸收光谱是指样品对红外辐射的吸收能力随波长(波数)变化的光谱图，在实验上，使红外光与样品发生相互作用，测定红外光与物质相互作用前后光强的变化与波长(波数)之间的关系, 称红外吸收光谱。 2．分子的振动和转动光谱 对于分子体系而言，其振动和转动是量子化的，其能级差所对应的光子的波长落在红外光范围，因此是红外光谱(拉曼光谱)的主要研究对象。研究指出，红外光谱的研究范围不仅仅局限于分子的振动、转动跃迁，某些特殊体系的电子能级跃迁亦可能落在红外光谱波段范围内，例如，超大规模共轭体系的电子跃迁、某些稀土离子的f-f能级跃迁等等。不过目前绝大多数的红外光谱研究工作仍集中于分子的振动能级跃迁上，以最简单的双原子为例，其振动吸收Eν可近似地表示为： 式中h为普朗克常数；ν为振动量子数（取正整数）；n0为简谐振动频率。当ν=0时，分子的能量最低，称为基态。处于基态的分子受到频率为n0的红外射线照射时，分子吸收了能量为n0的光量子，跃迁到第一激发态，得到频率为n0的红外吸收带, 它称为分子振动的基频。反之，处于该激发态的分子也可发射频率为n0的红外射线而恢复到基态。n0的数值决定于分子的约化质量μ和力常数κ： κ决定于原子的核间距离、原子的特性和化学键及键级等。 在多原子分子体系中，各原子在平衡位置附近作相对运动。这些振动方式可以被分解为各种简正振动的线性组合，所谓简正振动就是指分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简揩振动。含N个原子的非线分子有3N-6个简正振动方式；线性分子有3N－5种简正振动方式。 对于分子的转动而言，往往可以假定分子为刚性转子，则其转动能量Er为： 红外光谱分析概述（中）

多光谱相机原理及组成

多光谱相机原理及组成 多光谱成像技术自从面世以来,便被应用于空间遥感领域。而随着搭载平台的小型化和野外应用的需求，光谱成像仪在农业、林业、军事、医药、科研等领域的需求也越来越大。而在此之前成像技术并没有那么高，只能对特定的单一的谱段进行成像。虽然分辨率高但是数据量大难以进行分析、存储、检索，而多光谱成像是将所有的信息结合在一起，这不仅仅是二维空间信息，同时也把光谱的辐射信息也包含在内，从而在更宽的谱段范围内成像。 多光谱相机的基本构成 1.光学系统 可以在各个谱段内范围内成像，可以很好的的控制杂散光，是多光谱相机最重要的部分，对工作谱段范围和分辨能力起了决定性的作用，还可以设定工作焦距视场角大小等 2.控制和信息处理器 控制监督多光谱相机的整个工作过程，并收集图像数据，并进行储存。 3.热控装置 由温度控制器、隔热材料、散热器、热控涂层等组成 4.其他结构 物镜、电路系统、探测器及其他零配件 多光谱相机的工作谱段范围 人眼所能能识别的光谱区间为可见光区间，波长从400nm到700nm;普通数码相机的光谱响应区间与人眼识别的光谱区间相同，包含蓝、绿、红、三个波段;而多光谱相机的工作谱段范围在其基础上，可以分可见光、近红外光、紫外光等每台多光谱相机的分辨率不同，所应用的领域也不同 就比如说我们在做植被调查的时候，植被的可见光波段对绿色比较敏感对红色和蓝色反射较弱。相对于可见光波段，植被在近红外波段具有很强的反射特性，多数植被在可见光波段的光谱差异很小。而在近红外波段的光谱差异更大，光谱差异越明显越有利于分类。 光谱特性 我们知道像素运用复杂的大气准则来，复原反射光谱和辐射光谱所的到的数据分析，得到不同物质的反射率不同，称之为光谱特征。如果有足够的光谱特证，可用于识别场景中的专用材质，其中包括光谱范围、宽度、分辨率。范围是指相机获取图像来自的光谱段，谱段的宽度反映了谱段设置的要求、通过努力衡量大气中物质的光谱特性还有传感器的光谱响应，就要考虑大气中的吸收和散射。多光谱相机的光学系统 光学系统是指由透镜、反射镜、棱镜和光阑等多种光学元件按一定次序组合成的系统。通常用来成像或做光学信息处理。曲率中心在同一直线上的两个或两个以上折射(或反射)球面组成的光学系统称为共轴球面系统，曲率中心所在的那条直线称为光轴。其中参数包括焦距、视场角、相对孔径等。 多光谱相机的反射光学系统 如果光学系统中的光学镜片为反射镜，则此系统称之为反射系统，反射式光学系统最大的优势就在于其光谱范围很大，对各个谱段都适用，并且不需要矫正二级光谱，但是因选用的是非球面镜片，会使系统的加工和装配变得十分困难，增加制作工艺难度

近红外光谱分析及其应用简介

近红外光谱分析及其应用简介 1、近红外光谱分析及其在国际、国内分析领域的定位 近红外光谱分析是将近红外谱区（800-2500nm）的光谱测量技术、化学计量学技术、计算机技术与基础测试技术交叉结合的现代分析技术，主要用于复杂样品的直接快速分析。近红外分析复杂样品时，通常首先需要将样品的近红外光谱与样品的结构、组成或性质等测量参数（用标准或认可的参比方法测得的），采用化学计量学技术加以关联，建立待测量的校正模型；然后通过对未知样品光谱的测定并应用已经建立的校正模型，来快速预测样品待测量。 近红外光谱分析技术自上世纪60年代开始首先在农业领域应用，随着化学计量学与计算机技术的发展，80年代以来逐步受到光谱分析学家的重视，该项技术逐渐成熟，90年代国际匹茨堡会议与我国的BCEIA等重要分析专业会议均先后把近红外光谱分析与紫外、红外光谱分析等技术并列，作为一种独立的分析方法；2000年PITTCON 会议上近红外光谱方法是所有光谱法中最受重视的一类方法，这种分析方法已经成为ICC（International Association for Cereal Science and Technology国际谷物科技协会）、AOAC(American Association of Official Analytical Chemists美国公职化学家协会)、AACC（American Association of Cereal Chemists美国谷物化学家协会）等行业协会的标准；各发达国家药典如USP(United States Pharmacopoeia美国药典)均收入了近红外光谱方法；我国2005年版的药典也将该方法收入。在应用方面近红外光谱分析技术已扩展到石油化工、医药、生物化学、烟草、纺织品等领域。发达国家已经将近红外方法做为质量控制、品质分析和在线分析等快速、无损分析的主要手段。 我国对近红外光谱技术的研究及应用起步较晚，上世纪70年代开始，进行了近红外光谱分析的基础与应用研究，到了90年代，石化、农业、烟草等领域开始大量应用近红外光谱分析技术，但主要是依靠国外大型分析仪器生产商的进口仪器。目前国内能够提供完整近红外光

短波红外InGaAs探测器功能简析

短波红外InGaAs探测器功能简析 红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在0.75,1000μm之间， 其在军事、通讯、探测、医疗等方面有广泛的应用。目前对红外线的分类还没有统一的标准，各个专业根据应用的需要，有着自己的一套分类体系。一般使用者对红外线的分类为(1)近红外(NIR, IR-A DIN):波长在0.75,1.4μm;(2)短波红外(SWIR, IR-B DIN):波长在1.4,3μm;(3)中波红外(MWIR, IR-C DIN):波长在3,8μm;(4)长波红外(LWIR, IR-C DIN):波长在8,15μm;(5)远红外(FIR):波长在15,1000μm。 根据Maxwell电磁方程，红外线在空气等物质内部和界面传播会发生吸收、反 射和透射等，其中吸收是影响传播的最主要因素。空气中的一些气体分子如CO2、 H2O等有着与其物质分子结构相对应的特征吸收谱线，对某些波长的红外线产生强 烈地吸收，而对另外一些红外线则不产生吸收，从而表现出很高的透射率。大气中对红外辐射吸收比较少的波段称为“大气窗口”，主要包括三个:1,3μm， 3,5μm，8,14μm，图1描述了红外线在大气中传播的透射曲线。 红外探测器 从1800年英国W. Herschel发现红外线到现在已有二百多年历史。人们通过 不断地技术开发和创新，使红外应用从军事国防迅速朝着资源勘探、气象预报、环境监测、医学诊治、海洋研究等关系到国计民生的各个领域扩展。在这些应用中红

外探测又显得特别重要，因为要更好地研究红外线必须先对其进行探测。理论上任何形态的物质只要在红外辐射作用下发生某种性质或物理量的变化，都可以被用来进行红外探测。 目前来说按照工作机理不同, 红外探测器常被分为热探测器和光子型探测器。热探测器利用红外光的热效应及材料对温度的敏感性来测量红外辐射，其原理是热敏材料吸收红外光后温度升高，利用材料的温度敏感特性将温度的变化转变为电信号。目前主要利用温差电效应、热释电效应、金属、气体等热胀冷缩现象、超导体在Tc附近升高温度电阻急剧变化等等。热探测的响应速度较慢，但其波长响应范围宽。光子型探测器是利用光电效应原理设计和制作的，光电效应可分为光电子发射效应、光电导效应、光生伏特效应和光磁电效应。光电子发射效应是指在光辐射作用下产生的光电子逸出被照射材料的表面，称为外光电效应，多发生在金属材料中。光电导效应，光生伏特效应和光电磁效应是在材料内部产生的，电子并不逸出材料的表面，也称为内光电效应。半导体材料具有明显的光电效应，因此大多数的红外探测器都采用了半导体材料制作，其中基于内光电效应，特别是光生伏特效应的半导体红外探测器特别普遍。光生伏特探测器件中包含一个PN结(包括PN同质结型，异质结型，肖特基型等)，在无光照的情况下，结内存在着自建电场，当红外光照到PN结上或附近时，产生的光生载流子在结电场的作用下分别向两边移动，从而在PN结两端形成光生电动势。常见的一些光伏型探测器包括光电池，光电二极管，光电三极管，雪崩探测器，MSM探测器等。 当全面考察半导体红外探测器件发展时，可以看到其表现出从单元到多元、从单色到多色、从线列到面阵的明显趋势。目前应用在军事和民用上的多元探测器阵列有两种显著的系统:扫描系统(scanning systems)和凝视系统(staring systems)。其区别在于扫描系统采用时间延迟积分(TDI)技术，通过串行方式对电信号进行读取;而凝视型系统则直接形成一张二维图像，采用并行方式对电信号进

红外偏振成像探测技术综述

第 28 卷 第 2 期 2006 年 2 月
红 外 技 术 Infrared Technology
Vol.28 No.2 Feb. 2006
〈综述与评论〉
红外偏振成像探测技术综述
聂劲松[1]，汪 震[2]
（1.电子工程学院 503 室，安徽 合肥 230037；2.中科院安徽光机所，安徽 合肥 230031）
摘要：论文对红外偏振成像技术进行了全面系统的综述，在论述红外偏振特性物理本质的基础上，指 出了红外偏振成像技术比较传统的红外成像技术具有的优势；给出了国内外该技术的研究概况；分析 了国外研究红外偏振成像技术得到的主要结论；最后，指出红外偏振成像技术不仅是红外侦察技术的 一次革命性进步，而且对传统的红外伪装技术提出了严峻的挑战，需要引起我们高度的重视。 关键词：偏振；红外；成像；探测技术 中图分类号：TN219 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2006)02-0063-05
Summarize of Infrared Polarization Imaging Detection Technology
NIE Jing-song[1]，WANG Zhen[2]
（1.503 office, Institute of Electronic Engineering, Anhui Hefei, 230037, China; 2.Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, the Chinese Academy of Sciences, Anhui Hefei, 230031, China）
Abstract：The technology of infrared polarization imaging detect was discussed. The advantages of infrared polarization imaging detect to traditional infrared imaging detect were given, and the main conclusion of overseas on infrared polarization imaging detect was analyzed. In the end, the significance of infrared polarization imaging detection technology and the challenge of this technology to traditional detect technology were pointed out. Key words：polarization；infrared；imaging；detection technology 式显示隐蔽的军事目标。 红外偏振成像技术作为比较传统的红外成像技术 具有以下几点优势： 1） 偏振测量无需准确的辐射量校准就可以达到相 当高的精度，这是由于偏振度是辐射值之比。而在传 统的红外辐射量测量中红外测量系统的定标对于红外 系统的测量准确度至关重要。红外器件的老化，光电 转换设备的老化，电子线路的噪声，甚至环境温度、 湿度的变化都会影响到红外系统。如果红外系统的状 态已经改变，但是系统又没有及时定标，那么所测得 的红外辐射亮度和温度必然不能反映被测物的真实辐 射温度和亮度。 2） 根据调研国外公开发表的文献的数据说明， 目 标和背景差别较大，其中自然环境中地物背景的红外
收稿日期：2005-07-05；修改日期：2005-11-08 作者简介：聂劲松（1970－），男，博士，现在解放军电子工 程学院从事军用光学工程专业教学和科研工作，主 要研究方向是激光技术和光电子技术。
引言
由菲涅耳反射定律可知当非偏振光束从光滑介质 表面反射时，会产生部分偏振光。另外根据基尔霍夫 理论，热辐射也表现出偏振效应。所以地球表面和大 气中的任何目标，在反射和发射电磁辐射的过程中都 会产生由他们自身性质和光学基本定律决定的偏振特 性。不同物体或同一物体的不同状态（例如粗糙度、 含水量、构成材料的理化特征等）会产生不同的偏振 状态，且与波长有密切关系，形成偏振光谱。由于偏 振信息是不同于辐射的另一种表征事物的信息，相同 辐射的被测物体可能有不同的偏振度，使用偏振手段 可以在复杂的辐射背景下检出有用的信号，以成像方
偏振度非常小（＜1.5%） ，只有水体体现出较强的偏 振特性， 其偏振度一般在 8%～10%。 而金属材料目标 的红外偏振度相对较大，达到了 2%～7%，因此以金 63

空间遥感短波红外成像光谱仪的光学系统设计

第３１卷第１２期２００９年１２月 红外技术 ＩｎｆｒａｒｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｂｌ．３１ＮＯ．１２ Ｄｅｃ．２００９空间遥感短波红外成像光谱仪的光学系统设计 王欣，杨波，丁学专，刘银年，王建宇 （中国科学院上海技术物理研究所，上海２０００８３） 摘要：设计了一种短波红外成像光谱仪的光学系统。它采用离轴透镜来校正大视场像差，避免了采用大１２径同心透镜，降低了大１２径透镜获取难度和加工要求，同时校正了狭缝弯曲和畸变；采用两个离轴非球面反射镜作为准直和会聚光学元件，补偿了与波长相关的狭缝弯曲，并减小了残余像差；采用一个色散棱镜来修正非线性色散，满足了光谱分辨率要求，在棱镜背面镀反射膜，简化了结构，减轻了重量。最后给出了各个通道的光谱非线性和光谱弯曲结果。 关键词：短波红外成像光谱仪；离轴校正透镜；色散棱镜；光谱非线性；光谱弯曲 中图分类号：ＴＮ２１６文献标识码：Ａ文章编号：１００１—８８９１（２００９）１２－０６８７—０４ ＴｈｅＯｐｔｉｃａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＳｈｏｒｔｗａｖｅＩｎｆｒａｒｅｄＩｍａｇｉｎｇＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｉｎＳｐａｃｅＷＡＮＧＸｉｎ，ＹＡＮＧＢｏ，ＤＩＮＧＸｕｅ—ｚｈｕａｎ，ＬＩＵＹｉｎ—ｎｉａｎ，ＷＡＮＧＪｉａｎ—ｙｕ （ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌ＆Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｇｉｖｅｓａｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｈｏｒｔｗａｖｅｉｎｆｒａｒｅｄｉｍａｇｉｎｇｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｕｓｅｄｉｎｓｐａｃｅ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍａｄｏｐｔｓａｎｏｆｆ－ａｘｉｓｌｅｎｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｄｊｕｓｔｌａｒｇｅｆｉｅｌｄ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍａｖｏｉｄｓｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｃｏｎｃｅｎｔｅｒｌｅｎｓａｎｄｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｉｓｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｗｏｏｆｆ－ａｘｉｓａｓｐｈｅｒｉｃｍｉｒｒｏｒｓｗｈｉｃｈｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｓｐｅｃｔｒａｌｃｕｒｖｅａｒｅｕｓｅｄｔｏｃｏｌｌｉｍａｔｅａｎｄｆｏｃｕｓｂｅａｍ．Ｏｎｅｐｒｉｓｍｃｏｒｒｅｃｔｓｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎａｎｄｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｅｓｔｏｆｓｐｅｃｔｒａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｏａｔｉｎｇｉｓｍａｄｅｉｎｔｈｅｒｅａｒｓｕｒｆａｃｅ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄａｎｄｈａｓａｌｉｇｈｔＷｅｉｇｈｔ．Ｆｉｎａｌｌｙｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｓｐｅｃｔｒａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒａｎｄｃｕｒｖｅｄａｔａｉｓｓｈｏｗｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｏｒｔｗａｖｅｉｎｆｒａｒｅｄｉｍａｇｉｎｇｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ；ｏｆｆ－ａｘｉｓｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｌｅｎ；ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｐｒｉｓｍ；ｓｐｅｃｔｒａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒ；ｓｐｅｃｔｒａｌｃｕｒｖｅ 引言１短波红外成像光谱仪的光学结构设计 成像光谱仪能够同时获取观测目标的空间几何信息和光谱信息，具有独特的信息获取和特征识别能力。它作为一种重要的对地观测手段，在国民经济、科学研究诸多领域有着广泛的应用前景，另外还具备战略战术侦察能力…。 在设计整个成像光谱仪中，光学系统设计决定仪器的最后性能１２ｌ。短波红外光谱仪的光学系统由准直光学系统、色散元件、成像光学系统三个部分组成。相对ＯＡＳＩＳＴＭ和其它棱镜分光结构【４Ｊ，色散元件选择采用一个棱镜分光，满足了光谱非线性的要求，在棱镜背面镀反射膜，取消了利特罗反射镜；离轴校正透镜的采用，调节了光谱仪的畸变，避免了ＯＡＳＩＳ采用大口径透镜同时穿插在准直光束和色散光束中１５Ｊ，减小了大口径透镜的制造难度。 短波红外光潜仪的光学系统与离轴三反望远镜相结合，可以完成在１．４０视场下，对ｌ～２．５¨ｍ（即短波红外波段）色散后的６４个波段分谱段成像。系统的主要指标如下： 光谱范闹：１～２．５Ｕｍ； 物方数值孔径：０．２； 色散范围：１．９２ＩｎｌＴｌ； 平均光谱分辨率：２３．４ａｍ； 光谱弯曲：＜１个像元（像元尺寸为３０ｕｍ）； 变焦比：０．８； 入射狭缝尺寸：１９×０．０３８ｍｍ； 畸变：小于５％ｏ； 光学效率：＞０．４５。 １．１色散元件的选择 收稿日期：２００９－０９—１５１修订日期：２００９—１１－２４． 作者简介：王欣（１９７７一）。女，陕西杨凌人，博上研究ｑ三，上要从事航天遥感红外成像光学系统方面的研究工作。 基金项目：国家８６３项目 ６８７万方数据

红外光谱仪的应用

红外光谱仪的应用 (陕西科技大学材料科学与工程学院西安任莹莹710021) 摘要：傅里叶转换红外光谱(FTIR)是一种用来获得吸收，射出光电导性或固体，液体或气体的拉曼散射的仪器。本文将从红外光谱仪的使用原理，样品制备，结果分析等几个方面对红外光谱仪进行介绍。 关键字：FTIR，原理，样品制备，结果分析 The Application of Infrared Spectrometer (School of Materials Science and Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an Ren yingying 710021) Abstract:Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) is a kind of instrument, which is used to get absorbed, penetrate photoconductivity or solid, liquid or gas Raman scattering. This article from the principle of the use of infrared spectrometer, sample preparation, the analysis of several aspects, such as the infrared spectrometer is introduced. Key words: FTIR, principle, sample preparation, analysis of the results 一、原理 红外线是波长介于可见光和微波之间的一段电磁波。红外光又可依据波长范围分成近红外、中红外和远红外三个波区，其中中红外区（2.5—5μm；4000—400cm-1）能很好地反映分子内部所进行的各种物理过程以及分子结构方面的特征，对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效，因而中红外区是红外光谱中应用最广的区域，一般所说的红外光谱大都是指这一范围。 红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振动能级跃迁到能量较高的振动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到红外光谱图。红外光谱图通常用波长(λ)或波数(σ)为横坐标，表示吸收峰的位置，用透光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标，表示吸收强度。如图1，辛烷的红外光谱图，纵坐标为透过率，横坐标为波长λ(μm )或波数(cm-1)。

红外探测系统设计

1. 绪论 1．1 系统设计目的及意义 随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。 就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。而本设计中所使用的红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。这种火焰红外传感器能以非接触形式可以检测火焰或者波长在760 纳米～1100 纳米范围内的光源，并将其转变为电压信号。 1.2国内外研究现状 1.2.1技术现状 红外探测技术目前主要分为近红外、中红外和远红外三种研究领域。 其中，中红外探测技术由于中红外线的高强度和高穿透性，应用最为广泛，研究也最为成熟，甚至可以分析物质的分子组成；远红外的主要优点就是其穿透性，可用于探测、加热等，应用也比较广泛。 只有近红外，由于其强度小，穿透力一般，故长期以来没有引起重视，只是近些年来才成为研究热点，因为用近红外技术可以做某些成分的定量检测，最关键的是还不必破坏试样。 （1）技术优势 红外技术有四大优点：环境适应性好，在夜间和恶劣天候下的工作能力优于可见光；隐蔽性好，不易被干扰；由于是靠目标和背景之间、目标各部分的温度和发射率差形成的红外辐射差进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光；红外系统的体积小，重量轻，功耗低。 （2）制约因素 目标的光谱特性；探测系统的性能；目标和探测口之间的环境和距离——这三大因

基于CCD的多光谱测温技术

课程结业设计（论文） 题目：基于CCD的多光谱辐射测温 技术 学生姓名：隆博 学号：201020754 授课老师：黄梓榆 课程：动态测试与分析 2011年7月1日

摘要: 随着CCD成像技术日益成熟，CCD逐渐开始应用到高温温度场测量当中，并结合多光谱辐射测温技术，弥补了传统测量方法在测量高温温度场时的缺陷。本文概述了CCD的成像原理和多光谱辐射测温原理以及CCD多光谱测温技术在测量高温温度场的优点。通过分析相关资料，概述了彩色CCD和近红外CCD 多光谱测温研究进展，对目前CCD 多光谱测温技术研究发展进行了归纳。 关键词: CCD; 多光谱; 辐射测温技术; 高温温度场 Abstract: With the development of CCD-imaging technology，CCD is increasingly used with the technology of multi-wavelength radiation thermometry in high temperature field measurements instead of traditional methods. The article summarizes the principle of CCD-imaging，the principle of multi-wavelength radiation thermometry and the merit of CCD multi-wavelength radiation thermometry. By analyzing relevant information，it intraduces the development of color CCD radiation thermometry and NIR CCD multi-wavelength radiation thermometry，and summarizes the development of CCD multi-wavelength radiation thermometry. Key words:CCD; multi-wavelength; high temperature field; radiation thermometry

近红外光谱技术在药物分析中的应用

近红外光谱技术在药物分析中的应用 1·前言 近红外光谱分析技术是分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。 近红外（NIR）谱区是人类认识最早的非可见光谱区，波长范围在0.75—2.5 m之间，用波数表示时则在13330—4000cm-1之间。由于近红外的吸收谱带复杂，谱峰重叠，信号弱，在分析上难以应用，长期以来没有受到人们的重视。近十多年来，随着近红外仪器的改良，新的光谱理论和光度分析方法的建立，特别是计算机技术和化学计量学的广泛应用和迅速发展，使近红外光谱技术成为目前发展最快、最引人注目的分析技术，并以其简单快速、实时在线、无损伤无污染分析等特点，在复杂物质的分析上得到广泛应用。在包括制糖和制药的许多与化学分析和品质管理有关的行业中的应用前景极其广阔。 关于近红外光谱技术在制药行业中应用的文献报道越来越多，显示了近红外光谱技术在制药领域中越来越受到人们的重视。近红外光谱分析具有的快速实时、操作简单、无损伤测定、不受样品状态影响的特点很符合药物分析的要求。因此，在制药业中原料药的分析、药物制剂中水分、有效成分的分析、药物生产品质的过程控制等方面近红外光谱技术得到了十分广泛的应用。 2·光谱介绍 近红外光是介于可见光和中红外光之间的电磁波，根据ASTM（美国试验和材料检测协会）定义是指波长在780～2526nm范围内的电

磁波，习惯上又将近红外区划分为近红外短波（780~1100nm）和近红外长波（1100~2526nm）两个区域。 近红外光谱属于分子振动光谱的倍频和主频吸收光谱，主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，具有较强的穿透能力。近红外光主要是对含氢基团X－H（X=C、N、O）振动的倍频和合频吸收，其中包含了大多数类型有机化合物的组成和分子结构的信息。由于不同的有机物含有不同的基团，不同的基团有不同的能级，不同的基团和同一基团在不同物理化学环境中对近红外光的吸收波长都有明显差别，且吸收系数小，发热少，因此近红外光谱可作为获取信息的一种有效的载体。近红外光照射时，频率相同的光线和基团将发生共振现象，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子；而近红外光的频率和样品的振动频率不相同，该频率的红外光就不会被吸收。因此，选用连续改变频率的近红外光照射某样品时，由于试样对不同频率近红外光的选择性吸收，通过试样后的近红外光线在某些波长范围内会变弱，透射出来的红外光线就携带有机物组分和结构的信息。通过检测器分析透射或反射光线的光密度，就可以确定该组分的含量。 3·近红外光谱技术在制药业中的应用 3·1 原料和活性组分的测定 药物加工过程中第一步就是原料的鉴定，其质量的好坏直接决定后续加工过程的成败于否，而同一类型的原料中多变因素主要是湿度和颗粒大小，近红外光谱在湿度测定中的灵敏度及其适于固体表面的表征的特性，使他能够很快地得到样品的湿度和颗粒大小的信息，然

多光谱视频成像技术

多光谱视频成像技术 光谱是由原子内部运动的电子能级跃迁产生的。各种物质的原子内部电子的运动情况不同，所Ｗ它们发射的光波也不同。目前观测到的原子发射的光谱线己达百万条，每种原子都有其独恃的光谱，犹如人的指纹一样各不相同。研究不同物质的发光和吸收光的情况，有重要的理论和实际意义，己成为一门专业的学科——光谱学。由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可Ｗ根据光谱来鉴别物质和确定其化学组成。故而，高光谱成像技术被广泛应用于多个领域。 光谱图像的传统应用领域包括遥感、矿产勘探、危险废物监控等。近些年来，光谱图像被逐渐用来解决机器视觉领域的难题，例如材质辨别、眼科学、燃烧动力学、细胞科学、监控、精细农业和军事安防等。 3.1传统光谱成像技术 谱仪采用光学分光元件（棱镜、光栅等），能够记录下单个像素点的高分辨率光谱信息。为了获取二维光谱图像，传统的光谱成像仪器普遍采用扫描策略，通过牺牲时间分辨率来换取高分辨率光谱信息。按照不同的扫描策略，传统光谱 成像方法主要分为两类：空间域扫描型和光谱域滤波型。空间域扫描式光谱采集方法分为两类：掸扫式和推扫式。掸扫式光谱仪每次记录空间上1个像素点的光谱信息，扫描装畳逐点移动直到所有像素点的光谱信息均记录完毕。为了提升扫描效率，推扫式光谱仪通过移动狭缝的位置，每次记录空间上1条线的光谱信息，狭缝逐线移动直至记录下整个场景的光谱信息。光谱域滤波式光谱仪普遍采用窄带滤波片或者电子控制的液晶变波长带通器件，通过时序切换滤波片来记录不同波段的光谱信息。 整体来说，传统的光谱仪普遍通过连续采样的方式获取3维光谱矩阵信息。为了实现高精度的光谱采集，需要对同一场景进行多次采样。因此，此类方法无法获取动态场景的光谱信息。 3.2计算光谱成像技术 传统光谱成像无法采集动态光谱的弊端，严重阻碍了目标跟踪、环境污染监测、流水线材质识别等领域的光谱应用拓展，能够在一次曝光时间内获取整个高维光谱数据矩阵的技术成为了行业的迫切需求。 光谱数据矩阵具有3个维度，每秒钟的数据达到10Gb量级。1次测量获取如此大数据量的数据超过了奈奎斯特采用极限，但是基于近年来提出的压缩感知理论，这成为了可能。下面介绍几种典型的基于此技术的计算成像式光谱获取方法。 （1）断层式扫描式 断层扫描式光谱仪通过在一个二维平面上投影出整个高维光谱矩阵，实现了单次曝光时间内的光谱获取。断层扫描式光谱仪具备单次曝光光谱获取能力，不使用任何滤波片能够直接记录下不同波段的光谱信息，从而保证了整个系统具备很高的光效率。 （2）编码光圈式 压缩感知理论表明，从有限的低维平面投影中重建高维数据矩阵是理论上可行的。美国杜克大学David.J.Brady教授首次将此思想引入到光谱采集中，其基本假设是自然场景光谱具备多尺度内在稀疏属性。为了实现编码压缩感知，相机中惯常被用来调节光通量的光圈被替换成二维随机编码器件。场景的入射光线透过成像物镜第一次成像在编码光圈表面，接着经过中继镜和棱镜色散后，最后在探测器上第二次成像。 （3）棱镜掩膜式 该系统使用掩模或微透镜阵列的空间采样方法，结合传统色散方式，通过高分辨率相机对散开的光谱进行采集，能够在短曝光时间内实现光谱的视频采集。棱镜掩膜式系统的光谱采集过程：场景光线经掩模采样后被三棱镜色散，根据“光路可逆原理”推导掩模空间分布模型，

红外光谱技术

红外光谱技术 学号：1211050126 姓名：徐健榕 班级：12110501

摘要 红外光谱作为一门先进的技术，已经在各个领域得到了广泛的应用，。本文主要了解红外光谱分析的历史发展、现状分析、研究应用及其应用成果。 关键词：红外光谱历史应用成果 一、红外光谱的历史发展 真正意义上对光谱的研究是从英国科学家牛顿(Newton) 开始的.1666 年牛顿证明一束白光可分为一系列不同颜色的可见光, 而这一系列的光投影到一个屏幕上出现了一条从紫色到红色的光带.牛顿导入"光谱" (spectrum)一词来描述这一现象.牛顿的研究是光谱科学开端的标志. 从牛顿之后人类对光的认识逐渐从可见光区扩展到红外和紫外区.红外辐射是18世纪末，19世纪初才被发现的。1800年英国物理学家赫谢尔（Herschel）用棱镜使太阳光色散，研究各部分光的热效应，发现在红色光的外侧具有最大的热效应，说明红色光的外侧还有辐射存在，当时把它称为“红外线”或“热线”。这是红外光谱的萌芽阶段。由于当时没有精密仪器可以检测，所以一直没能得到发展。过了近一个世纪，才有了进一步研究并引起注意。 1892年朱利叶斯（Julius）用岩盐棱镜及测热辐射计（电阻温度计），测得了20几种有机化合物的红外光谱，这是一个具有开拓意义的研究工作，立即引起了人们的注意。1905年库柏伦茨（Coblentz）测得了128种有机和无机化合物的红外光谱，引起了光谱界的极大轰动。这是红外光谱开拓及发展的阶段。到了20世纪30年代，光的二象性、量子力学及科学技术的发展，为红外光谱的理论及技术的发展提供了重要的基础。不少学者对大多数化合物的红外光谱进行理论上研究和归纳、总结，用振动理论进行一系列键长、键力、能级的计算，使红外光谱理论日臻完善和成熟。尽管当时的检测手段还比较简单，仪器仅是单光束的，手动和非商化的，但红外光谱作为光谱学的一个重要分支已为光谱学家和物理、化学家所公认。这个阶段是红外光谱理论及实践逐步完善和成熟的阶段。20世纪中期以后，红外光谱在理论上更加完善，而其发展主要表现在仪器及实验技术上的发展：①1947年世界上第一台双光束自动记录红外分光光度计在美国投入使用。这是第一代红外光谱的商品化仪器；②20世纪60年代，采用光栅

红外成像原理与红外多波段图像特征对比

红外成像原理与红外多波段图像特征对比 由于红外成像具有被动工作、抗干扰性强、目标识别能力强、全天候工作等特点，已被多数发达国家应用于军事侦查、监视和制导方面。红外成像侦察、监视和制导意已成为当代武器技术发展的主流方向之一。红外辐射是整个电子频谱中的一个重要组成部分。红外探测器是依靠探测目标辐射和反射的红外线而工作的。 通常红外光谱的划分是这样的：近红外（760纳米-3微米），中红外（3微米-8微米），远红外（8微米-1毫米）。 红外辐射的物理本质是热辐射。大气是红外辐射的主要传输介质。由于大气中各种气体和物质对太阳光谱均有一定的吸收能力。综合各气体吸收情况，得出了3个对太阳光谱吸收较弱的区段，即2-2.6微米、3-5微米、8-14微米。在这几个波段，大气相对说来是比较透明的，常称为“大气窗口”，对于从事红外光谱亚牛、红外技术应用研究尤为重要。一般红外仪器和红外系统都工作在这三个窗口之类。 根据测量分析，一些重要的军事目标的热辐射波长集中在3-5微米的中红外线区和8-10微米的远红外线区内。利用这一特点，目标红外传感器常选用适用于3-5微米红外大气窗口的碲化铟和适用于8-14微米红外大气窗口的碲铜汞。 红外辐射也成为红外线，辐射过程除了取决于温度之外，还受到许多其他因素的影响。对于理想黑体（黑体或绝对黑体是指对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，且具有最大辐射率的物体）而言，红外辐射的基本规律归结为普朗克黑体辐射定率、维恩位移定律和斯蒂芬-玻尔兹曼3个基本定律。 1.Plank黑体辐射定律---该规律描述了黑体单色辐射力随波长及温度的 变化规律 其中C1、C2分别称为普朗克第一常数和第二常数 2.Wein位移定律---随着温度T增高，最大单色辐射力M所对应的峰值波 长λmax逐渐向短波方向移动。 3.Stefan-Boltzmann定律---描述了黑体辐射力随表面温度的变化规律， 也可以计算某一波长范围内的辐射力。 其中σ为黑体辐射系数

高光谱,多光谱及超光谱

1、光谱分辨率 光谱分辨率spectral resolution 定义1：遥感器能分辨的最小波长间隔，是遥感器的性能指标。遥感器的波段划分得越细，光谱的分辨率就越高，遥感影像区分不同地物的能力越强。 定义2：多光谱遥感器接收目标辐射信号时所能分辨的最小波长间隔。 光谱分辨率指成像的波段范围，分得愈细，波段愈多，光谱分辨率就愈高，现在的技术可以达到5~6nm（纳米）量级，400多个波段。细分光谱可以提高自动区分和识别目标性质和组成成分的能力。 传感器的波谱范围，一般来说识别某种波谱的范围窄，则相应光谱分辨率高。 举个例子：可以分辨红外、红橙黄绿青蓝紫紫外的传感器的光谱分辨率就比只能分辨红绿蓝的传感器的光谱分辨率高。 一般来说，传感器的波段数越多波段宽度越窄，地面物体的信息越容易区分和识别，针对性越强。 2、什么是高光谱，多光谱及超光谱 高光谱成像是新一代光电检测技术，兴起于2O世纪8O年代，目前仍在迅猛发展巾。高光谱成像是相对多光谱成像而言，通过高光谱成像方法获得的高光谱图像与通过多光谱成像获取的多光谱图像相比具有更丰富的图像和光谱信息。如果根据传感器的光谱分辨率对光谱成像技术进行分类，光谱成像技术一般可分成3类。 (1)多光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0．1mm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域一般只有几个波段。 (2)高光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0．01mm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域有几十到数百个波段，光谱分辨率可达nm 级。 (3)超光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda =O．001mm=1nm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域可达数千个波段。 众所周知，光谱分析是自然科学中一种重要的研究手段，光谱技术能检测到被测物体的物理结构、化学成分等指标。光谱评价是基于点测量，而图像测量是基于空间特性变化，两者各有其优缺点。因此，可以说光谱成像技术是光谱分析