电子科技大学材料与能源学院，四川 成都 611731
光谱探测器是用来分析光线各个波长组分强度的仪器，在基础科研、工业生产和日常生活中应用广泛。常用的基于色散元件的光谱探测器通常有难以进一步优化的尺寸和质量，并且色散元件精密，不能满足微型化、低成本的发展趋势。利用旋涂法制备一系列具备不同可见光吸收特性的Cs0.1MA0.9PbX3（X为Cl、Br、I）钙钛矿薄膜，将其组合成滤光片阵列，结合互补金属氧化物半导体传感器构造计算重构型光谱探测器；针对光谱探测器滤光片阵列响应特点，利用非负Tikhonov正则化约束法对光谱进行重建；最后对设计的光谱探测器进行测试验证。所提光谱探测器在500 nm波长处具备27 nm的分辨率，在可见光范围内实现了一定的光谱分辨能力。
光谱探测器 微型化 钙钛矿 Tikhonov正则化约束 滤光片阵列 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0504002
1 空军航空大学 航空作战勤务学院, 长春 130022
2 陆军勤务学院, 重庆 400050
3 93525部队, 西藏 日喀则 857000
针对航空滤光片阵列多光谱图像中存在的条带灰度差异问题, 提出条带灰度校正算法。首先, 对多光谱图像构建条带图像模板, 基于SIFT(Scale-Invariant Feature Transform)算法提取图像特征点并计算图像间坐标转换矩阵, 用于确定条带图像重叠区域; 其次, 依次计算各条带图像重叠区域像素灰度均值, 并以中间图像各条带灰度为基准, 依次拟合相邻图像间灰度校正系数; 最后, 利用投影后的图像模板依次提取序列单波段条带并进行拼接, 得到灰度一致的单波段图像。实验结果表明: 该方法可以有效解决航空滤光片阵列多光谱图像条带灰度差异, 且能够最大限度保持地物光谱信息特征。
陕西快谱深光科技有限公司, 陕西 西安 710065
目前手机摄像头已经具备在空间（x-y方向）和深度（z方向）维度上获取成像信息的能力，而在光谱维度的信息获取上一直停留在RGB三色上，受困于手机平台的尺寸限制，传统的成像光谱仪很难嵌入。本文基于多通道阵列滤光片、微透镜阵列成像和一体化集成制造技术，完成了系统整体设计、关键部件设计制造、整体装配，并实验验证了光谱成像。系统整体物理尺寸小于Φ6×6 mm，光谱分辨率为8 nm，光谱范围为0.53~0.68 μm。实验研究表明，对不同颜色的实物成像，可以获得物体任意部位的光谱曲线，验证了快照式光谱仪的设计指标。该光谱仪具备了嵌入手机的基本条件，此研究有望推动成像光谱仪在手机上集成应用。
成像光谱仪 滤光片阵列 微透镜阵列 imaging spectrometer filter array micro-lens array
西北工业大学深圳研究院, 广东 深圳 518057
成像光谱技术可以获取所观测目标的空间和光谱信息,能有效辨别目标表面的物质组成,在军民领域应用广泛。近年来,基于滤光片阵列的成像光谱设备由于其结构紧凑、成像速度快、覆盖波段范围大等优势受到广泛关注。而滤光片阵列作为确定该类设备光谱性能的核心元件,其结构设计一直以来都是研究热点。为此,总结了光谱滤光片阵列的主要进展,分析了不同结构光谱滤光片阵列的优缺点及适用范围,并展望了光谱滤光片阵列的发展趋势。
光学器件 成像光谱 滤光片阵列 亚波长光栅 超平面 法布里-珀罗腔 激光与光电子学进展
2020, 57(19): 190004
1 西安理工大学 印刷包装与数字媒体学院, 西安 710048
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术重点实验室, 西安 710119
针对多光谱滤光片阵列成像采样率低, 原始(Raw)数据稀疏所导致的重建图像模糊, 高频信息丢失等问题, 提出了一种新八谱段滤光片阵列分布方案, 利用基于邻域梯度延伸方法对光谱Raw 图像进行重建.首先基于二叉树生成法, 在重复排列的4×4阵列中设计了一种等空间概率比的八谱段滤光片分布方案; 然后针对传感器直接获取的稀疏Raw图像, 计算各谱段采样点的梯度信息, 在保 持图像结构特征和纹理信息的基础上, 利用邻域采样点的像素值和梯度值对未采样点进行重建, 从而获得完整的光谱图像信息; 最后, 基于已重建的八谱段光谱图像, 采用伪逆矩阵法重构各像素位 置的31波段光谱值.结果表明, 相对于主流图像重建方法, 本文算法提高了重建八谱段光谱图像的峰值信噪比、复合峰值信噪比, 降低了光谱均方差, 更好地保留了图像的纹理和边缘, 有效降低了 多光谱滤光片阵列成像中的颜色伪影和图像模糊等现象.
多光谱图像 多光谱滤光片阵列 去马赛克算法 邻域梯度延伸 梯度方向 Multispectral image Multispectral filter array Demosaicing algorithm Neighborhood gradient extension Gradient direction
1 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院, 北京 100049
2 中国科学院遥感与数字地球研究所, 北京 100101
介绍一款适用于轻小型无人机的多光谱相机。将多个独立的滤光片依次拼接成滤光片阵列在成像探测器前放置由多个滤光片依次排列而成的滤光片阵列, 一次曝光得到地物目标分条带区域的分波段图像, 通过飞行平台的前向运动获得每个条带区域的多光谱图像。利用平台的前向运动代替了旋转、扫描等机械运动, 减轻了相机重量和体积, 适用于轻小型无人机平台, 由于采用较大的探测器件, 能够获得更多的旁向像素数(约4300)和更宽的旁向幅宽。利用研制的多光谱相机, 在中国科学院怀来遥感站进行了无人机飞行试验, 获取了站区周边的6波段多光谱图像。数据处理结果表明该相机的数据质量能够满足植被指数计算等相关要求。
轻小型无人机 多光谱相机 滤光片阵列 small UAV multispectral camera Filter array
为了限制多光谱相机中滤光片与探测器靶面之间存在的光谱混叠区域的大小, 提高像元利用率, 详细设计了滤光片阵列.不同于在轨运行时的状态, 实际地面实验测试时滤光片阵列承受较大的内外压差, 面型发生变化, 可能对多光谱相机成像质量造成不良影响.根据有限元分析方法详细分析了滤光片阵列在这种情况下的变形, 利用Zernike多项式拟合形变面型附加于Zemax中原滤光片阵列面型上, 考察多光谱相机光学系统调制传递函数的变化.结果表明: 在内外压差的作用下, 系统调制传递函数未出现明显变化, 可以忽略滤光片阵列表面变形对多光谱相机光学系统成像质量的影响.
光学设计 多光谱成像 有限元分析 滤光片阵列 面型拟合 Zernike多项式 形变分析 Optical design Multispectralimaging Finite element analysis Filter-array Surface fitting Zernike polynomials Deformation analysis
