基于AOTF的成像光谱仪及其在同色异谱目标鉴别中的应用.pdf

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1、第35卷，第4期光谱学与光谱分析Vo1．35，No．4，ppl134—11372015年4月SpectroscopyandSpectralAnalysisApril，2015基于AOTF的成像光谱仪及其在同色异谱目标鉴别中的应用刘康，高志帆，吴琼水，曾立波武汉大学电子信息学院，湖北武汉430079摘要为了同时获得同色异谱目标的光谱信息和空间分布信息，设计了基于声光可调谐滤波器(acousto-optictunablefilter，AOTF)的成像光谱仪，主要包括前置成像透镜组、AOTF滤光成像模块、AOTF驱动器、CCD图像检测器、图

2、像采集卡和计算机。在计算机的控制下，实现波长的快速扫描，获取每个设定波段下的灰度图像，构建一个光谱图像立方体，因此可以获得图像中任意一点的光谱信息。所设计的成像光谱仪，光谱范围为550～1000nm，光谱分辨率2．6nm(@632rim)，光谱扫描速度快，任意两个波长之间的切换时间小于8os，整个仪器无机械运动部件，功耗低，抗振能力强。利用该仪器对真假玫瑰花进行了鉴别试验，对涂改物证进行了信息复原实验，并成功地辨别出真假玫瑰花和复原出涂改物证，证实了该成像光谱仪具有优异的同色异谱目标鉴别本领，在同色异谱物质的鉴别上具有广阔的应用前景。

3、关键词成像光谱仪；AOTF；同色异谱；目标鉴别中图分类号：TH744．1文献标识码：AIN)I：10．3964~．issn．1000—0593f2015)04—1134—04信噪比和灵敏度高，但是抗震防潮性能差，成本也较高口；引言Hadamard变换型仪器存在价格昂贵，数据量大，对硬件电路要求高等缺点；而电调谐滤光器具有机械结构简单灵活、任何物质均有着自己独特的光谱，利用光谱信息可以对没有可移动部件，成本相对较低等优点_6'，十分适合于光不同的物体进行分辨和识别l1]。经典光谱仪只能提供目标谱成像仪器。的光谱信息而无法提供其空间分布信

4、息_3]，而基于二维面阵声光可调谐滤波器(AOTF)是一种新型的电调谐通带滤探测器的成像仪器则只能提供目标的空间分布信息，不能反波器，其调谐速度快，衍射效率高，光谱分辨率高，被誉为映目标的光谱特性。近年来兴起的成像光谱仪综合了经典光“新一代单色仪”，并且它的大孔径角特性使其特别适合用于谱仪和成像仪器的优点，能够同时提供目标的光谱信息和空成像。我们设计了一种基于AOTF的光谱成像系统，并以真间分布信息。假玫瑰花和经涂改后的报纸作为被测样品进行鉴别实验，取按照扫描方式的不同，成像光谱仪可分为三种]：扫帚得了良好的实验效果。式(whiskb

5、room)、推帚式(pushbroom)、凝视式(staring)。凝视式成像系统无需样品与成像光谱仪做相对运动即可成像，1系统结构和工作原理是地面应用的首选方式。分光器件是成像光谱仪的核心部件，按照分光器件的不同又可将其分为：光栅色散型、滤光1．1系统结构片型、干涉型(傅里叶变换)、Hadamard变换型和电调谐滤系统总体结构如图l所示，主要包括了可见一近红外光光器型；光栅色散型又分为扫描一单通道检测器和固定光路一源、前置成像透镜组、A0TF成像模块、CCD图像检测器、阵列检测器两种类型。光栅扫描型仪器波长扫描速度慢、光图像采集卡、

6、AOTF驱动器和计算机。谱存在缺级现象、抗震性较差；固定光路一阵列检测器型仪器AOTF成像模块的工作波段范围为5501000nIn，对扫描速度快，长期稳定性好，抗干扰能力强，不足之处是光应的AOTF驱动器射频信号频率为92～185MHz，驱动功通量和信噪比较低；滤光片型仪器存在机械扫描部件，波长率为2W，AOTF入射光孔径角为4．3。～5．9。，出射面衍射扫描速度慢，分辨率低；干涉型仪器分辨率高、扫描速度快、光偏离角为5．9。-6．8。，A0TF通光孔径为10mmX10rnrn。收稿日期：2014—07—28。修订日期：2014～¨一

7、08基金项目：中国石油科技创新基金项目(2012D-5oo6—01o2)资助作者简介：刘康，1988年生，武汉大学电子信息学院硕士研究生e-mail：liuk1988@126．corn*通讯联系人e-mail：qswu@whu．edu．CFI；lbzeng~}whu．edu．cn第4期光谱学与光谱分析1135CCD图像检测器采用英国Andor公司的高灵敏度电制冷科可改变衍射光的波长。声波吸能器贴在晶体另一侧，为了防学级CCD(DV434一BV)，其最大有效像素为1024×1024，像止声波反射，它将透过介质的声波吸收。元大小13、m×

8、13m，最大图像采集速度为0．9帧·S_。，当没有射频信号加到压电换能器上时，入射光全部透最低制冷温度为一75。。CCD配套的图像采集卡为Andor公过，此透射光记为零级光。加上射频信号之后，有两束衍射司的CCI-010