基于数字微镜器件的中阶梯光栅光谱仪设计方法及其谱图还原算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

项目摘要

The echelle spectrometer has the characteristics of hyper spectral resolution and full spectrum transient reading. It has gained very important applications in the field of atomic emission spectrometry which needs high-accuracy spectral measurement. At present, ICCD or EMCCD is mostly used as the detector of echelle spectrometer, which causes the high system cost. Meanwhile, the spectra reduction and wavelength accuracy need to be improved. These problems limit the further development of the echelle spectrometer. To solve the problems, the wavelength scanning echelle spectrometer based on DMD was designed. A DMD chip was introduced in the traditional optical path and specified wavelength was received by optimizing the spectra reduction algorithm and obtaining the corresponding relationship between wavelength and micro mirror. The theoretical corresponding relationship was ensured by high imaging quality optical design and the stray light suppression structure. According to the corresponding relationship, the wavelength received by the detector can be selected precisely. Receiving the wavelength by scanning the micromirror in a way and using PMT in replace of ICCD not only improve the wavelength accuracy, but also greatly reduce the system cost of the echelle spectrometer.
中阶梯光栅光谱仪集超高光谱分辨率和全谱瞬态直读的特性于一身,在需要进行高精度光谱测量的原子发射光谱领域得到非常重要的应用。目前,中阶梯光栅光谱仪多采用制冷型ICCD、EMCCD作为探测器,造成了高昂的系统成本,以及有待改善的谱图还原算法和波长准确度等问题,限制了中阶梯光栅光谱仪进一步发展。针对中阶梯光栅光谱仪存在的问题,本项目提出了基于数字微镜器件(DMD)的波长扫描式中阶梯光栅光谱仪,于传统光路中加入超高速DMD,通过谱图还原算法的优化升级,获取波长与DMD微镜单元的对应关系,实现指定波长的选择性高速接收。高成像质量的光学设计和杂散光抑制结构保证了还原算法所得对应关系的准确性,根据该对应关系可以精确筛选探测器接收到的波长。通过微镜单元高速扫描的方式依次获取波长,采用高灵敏光电倍增管(PMT)替换制冷型探测器,不仅提高了波长准确度,而且极大降低了中阶梯光栅光谱仪的系统造价。

结项摘要

中阶梯光栅光谱仪具有超高光谱分辨率和全谱瞬态直读的特点,在高精度光谱测量领域具有不可或缺的地位。针对中阶梯光栅光谱仪使用科学级探测器引起成本高昂,以及有待改善的谱图还原算法和波长准确度等问题,本项目开展基于数字微镜器件(DMD)的中阶梯光栅光谱仪设计方法及其谱图还原算法研究。目前,已完成基于DMD的波长扫描式中阶梯光栅光谱仪研制,于传统光路中加入超高速DMD,通过谱图还原算法的优化升级,获取波长与DMD微镜单元的对应关系,实现指定波长的选择性高速接收,仪器波段范围190~600nm,光谱分辨率达0.015nm@253.6521nm,能量集中度在单像素内达70%;构建包含像差修正功能的谱图还原算法,波长准确度提升至亚像元级别。DMD中阶梯光栅光谱仪有效降低系统成本同时实现“准瞬态直读”,其进一步研发对国产中阶梯光栅光谱仪产业化、扩展仪器应用领域具有非常重要的意义。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
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专利数量(4)
高光谱成像的脑胶质瘤检测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    光谱学与光谱分析
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋楠;郭汉洲;沈春洋;孙慈;杨晋;张金男
  • 通讯作者:
    张金男
超宽谱段高分辨率中阶梯光栅光谱仪的光学设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    光学 精密工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙慈;杨晋;朱继伟;马婷婷;冯树龙;宋楠;郭雪强;郭汉洲
  • 通讯作者:
    郭汉洲
Research on spectral reconstruction algorithm for snapshot microlens array micro-hyperspectral imaging system
快照微透镜阵列微高光谱成像系统光谱重建算法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    于昌本;杨晋;王明佳;孙慈;宋楠;崔继承;冯树龙
  • 通讯作者:
    冯树龙
基于多项式拟合的中阶梯光栅光谱仪谱图还原
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    光学 精密工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱继伟;孙慈;杨晋;马婷婷;郭雪强;张健
  • 通讯作者:
    张健

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其他文献

一种基于IPSO-SVM算法的网络入侵检测方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    计算机科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马占飞;陈虎年;杨晋;李学宝;边琦
  • 通讯作者:
    边琦
基于IQPSO算法的网络入侵检测研究
  • DOI:
    10.16559/j.cnki.2095-2295.2018.01.019
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    内蒙古科技大学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    杨晋;金溢;马占飞
  • 通讯作者:
    马占飞
重载锻造操作机钳杆夹持机构优化设计
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    机械研究与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邵珠杰;吴正海;杨晋
  • 通讯作者:
    杨晋
基于IQPSO-IDE算法的网络入侵检测方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    计算机工程与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马占飞;杨晋;金溢;边琦
  • 通讯作者:
    边琦
miRNA在脊髓损伤中病理生理作用的研究进展
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1004-406x.2019.11.15
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国脊柱脊髓杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李昊天;陈凌强;王兵;杨晋;龚志强;董俊杰;赵石好
  • 通讯作者:
    赵石好

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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