引言——Introduction

   西安交通大学空间光学&成像光谱实验室”成立于2000年,经过近15年的发展后建成了校级研究单位西安交通大学“空间光学研究所”,主要从事空间光学、成像光谱技术、大气探测和光电图像处理研究。近年来,实验室先后承担了多项国家科学基金项目,在偏振光谱成像、大气遥感探测、对地观测和空间探测等领域在国际上取得了多方面的创新和发展。先后成功研制出了实验室、机载和星载三台偏振干涉成像光谱仪原理样机和一台风成像干涉仪工程样机,并在实验室和野外场地进行了大量实验测试工作,取得了可靠的实验数据。发表相关SCI收录学术论文百余篇,授权发明专利十余项。

 

 本课题组的主要研究方向涉及先进成像技术与先进遥感探测技术:


 先进成像技术涉及:偏振成像、光谱成像、偏振光谱成像、光场成像、显微成像、计算成像、相位成像等

 

 先进遥感探测涉及:高层大气风场温度压力探测、痕量气体卫星数据反演、平流层臭氧与二氧化碳测量。

偏振光谱成像技术——Imaging Spectropolarimetry

偏振光谱成像是一项前沿遥感探测技术,它将偏振术、光谱术和成像术融为一体,可同时获取目标的光强、偏振态、光谱分布、空间形貌等多模态多维光学信息,既是刻画目标物理化 学 属性和进程的一种先进手段,亦是拨霾去雾实现高对比度成像的高级技术。在空间遥感、天文观测、大气探测、地球遥感、军事侦察、机器视觉、生物医学诊断、微 纳结构检测、及材料表征等领域都具有重要的应用价值和潜力。最近主要发展快照式获取技术,它是一项可实时多模态多维光学信息的先进遥感探测技术,适用于捕捉动态目标,免疫环境扰动,在空间光学遥感领域具有诱人的应用前景。

 

I. 快照式偏振光谱成像技术 Snapshot Imaging Spectropolarimetry

将快照式偏振成像技术与快照式光谱成像技术相融合,实现多模态多维信息编码于单个面阵探测器,研发出全偏振与线偏振高光谱探测系统各一台套

    

偏振光谱成像原理样机                                                             偏振光谱成像原理光路                                                                              偏振光谱成像实验装置 

 

   

                                     偏振光谱混合的原始图像:2500个空间采样子光谱                                                                                 蝴蝶身上三点处的 偏振 光谱 复原信息

 

 

                              旋转滤光轮:运动过程中,透射偏振光谱信息的捕捉                                                                手背:运动过程中,散射与反射偏振光谱信息的捕捉

 

 

II. 快照式全偏振成像技术 Snapshot Full-Stokes Imaging polarimetry

设计分孔径、分焦平面、分振幅、通道调制等快照式偏振调制技术,并与成像光学相结合,实现快照式偏振成像


        

                                  偏振成像原理样机 1#                                                                  偏振成像原理样机 2#                                                                      定标装置

         

                           线和圆偏振片样品 偏振成像结果                                           车顶偏振成像结果                                                                       车头偏振成像结果


            

                   转盘样品:外圈线偏振片,内部左右旋偏振片,彩色融合                                       公路上行驶汽车:后窗玻璃反射光偏振明显,彩色融合显色弱

 

公路上行驶汽车:后窗玻璃反射光偏振明显,彩色融合显色增强

 

 

 

III. 快照式高光谱成像技术 Snapshot Hyperspectral Imaging Spectrometry

设计先进的积分视场光谱术、多通道滤光术、计算层析光谱术、编码孔径光谱术,并与成像光学相结合,实现快照式光谱成像

                        

                   

快照式光谱成像原理样机 ORRIS                                                                                                           快照式光谱成像原理光路

 

传统推扫式光谱成像模式                                                                                                                                           新型快照式光谱成像模式 

 

 

 

                                                   楼梯格透镜阵列设置                                                                                                          光谱图像重绘过程 

                   

 静态场景光谱成像结果                                                                                                                                          动态场景光谱成像结果

 

动态场景的80个光谱通道的实时成像

 

 

IV. 多模态多维信息一体化获取技术

       Multimode Multidimensional Information Acquisition

融合多种单一信息获取技术于一体,实现多模态多维信息的一体化获取,及其相应的定标技术

                         

差分干涉光谱成像原理装置                                                                                                            差分干涉光谱成像原理装置 

 

           

                             鉴别率板光谱成像结果                                                                                                             橘子光谱成像结果                     

 

先进成像技术——Advanced Imaging Technique

1、计算成像技术——Computation Imaging

特殊的光学系统与数据重构算法相配合实现目的性成像,有望减少系统复杂性,提高成像能力,诸如压缩传感成像、波前编码成像、混合调制成像等

 

2、超分辨成像技术——Superresolution Imaging

突破传统成像系统中孔径的衍射极限限制,使得轴向和横轴方向的空间分辨率远低于所用波长的一半,在生物医学、材料科学、芯片制造等领域具有重要应用

 

3、光场成像——Light Field Imaging

利用光场光线的方向分布特征,实现大景深成像

 

4、三维成像与显示——3D Imaging and Display

目标的三维成像与显示在形貌测量、机器视觉、逆向工程、产品检测、三维打印、动画出品、安全监控、无人运输等方面具有重要应用

大气探测技术—— Atmospheric Sounding Technology

1、高层大气风速、温度、压力场探测的新技术新原理新方案

 

2、痕量气体的卫星数据反演

 

3、平流层臭氧与二氧化碳的超高分辨探测技术

光学设计——Optical Design

 1、光学系统设计

望远光学系统、显微光学系统、纳米光学系统

物镜、目镜、中继光学镜

 

2、光学元件设计

相位延迟器:消色差式、复合式

偏振器/分析器:线偏振、圆偏振、椭圆偏振、部分偏振

偏振分光器:偏振立方体分束器、Savart偏光镜、Wollaston棱镜

偏振调制器:单波段、宽谱段、消色差、消温差、宽视场、噪声免疫型