本书总结了作者及其所领导团队过去十余年开展的部分研究工作，借鉴高等生物仿生机制——由空间-时间变化的动态现象触发感知光谱功能，将物方光谱信息的获取归结为物理与数学领域的求逆问题，成功研制出多波段共孔径、共光路、模块化、小型化的智能仪器和反演计算成谱方法，以实现实时测量、场景自适应并高效完成物方谱特征的反演，持续提升对动目标、时敏目标多维度信息获取的有效性和快速性。本书介绍的研究成果将促进复杂环境下遥感探测技术的进步，并推动动平台条件下动目标实时测量与识别智能仪器的发展。
本书适合作为高等院校及科研院所研究人员的参考用书，也可供高年级本科生、研究生作为教材使用。

动目标稍纵即逝，现有探测仪器不具备抓取动目标时-空-谱多维度信息能力。目标可探测性和识别性随大动态背景变化和各种干扰而漂移。由于不具有对场景和目标特性的认识、学习和反演能力，现有设备不能适应复杂外场环境。为解决上述难题，本书介绍仿生高等生物由动态事件触发而实时感知光谱的系统功能，并将光谱获取视为物理数学上的逆问题求解，设计研制反演计算成谱和多波段共孔径、共光路小型化模块化智能探测仪器。具有实时计算成谱、大动态场景适应性、性能进化等创新的功能。可持续提升获取动目标多维度信息的有效性和快速反应能力，提升计算成谱模型技术，以提高大动态场景下动目标自动捕获、测谱能力。通过实时探测、光机电一体化、认知学习等多模块集成，实现系统的多维度综合探测，为我国的物质科学和航空航天科技的跨越式发展和基础研究快速走向应用提供支撑。

第1章导论(1)
11宽光谱光电探测系统(1)
12新型光电探测系统的内涵(3)
13仿生高等生物视觉触发感知功能(7)
第2章信源学与触发感知(10)
21目标背景的多维度特性(10)
22数据太多与有效信息太少的矛盾(15)
23时敏目标时间空间光谱域的稀疏性(18)
24复杂目标的综合光谱特性(20)
25触发感知的时间空间光谱关联探测模型(25)
251目标的时间空间光谱(25)
252图谱关联触发感知探测过程模型(27)
26太阳辐射大气传输及目标反射仿真分析(29)
261大气辐射传输(29)
262太阳辐射的大气传输与天空背景特征分析(30)
第3章图谱关联的计算成谱(35)
31计算成谱机理(35)
32光谱字典构造(37)
321可见近红外四原色光谱字典构造(37)
322可见近红外传感器四原色光谱响应测量(40)
323短、中、长波红外光谱字典构造(46)
324红外传感器(短、中、长波)三色光谱响应测量(50)
325减色光谱曲线(55)
326典型目标/场景红外光谱数据库和光谱字典构建(58)
33计算成谱算法(58)
331可见近红外四原色计算成谱算法(58)
332红外三原色计算成谱算法(59)
第4章图谱关联触发感知系统(63)
41动平台系统架构(67)
42图谱关联探测系统关键指标(69)
421机载红外成像/光谱探测能力(70)
422红外成像探测能力(70)
423红外宽光谱探测能力(74)
43红外光谱探测器的环境稳定性(78)
44红外光谱探测制冷斯特林化(81)
45宽谱光学子系统(83)
451动平台离轴系统(83)
452动平台共轴系统(86)
46静平台图谱关联探测系统实例(96)
47车载机动平台图谱关联探测系统(107)
471车载机动系统架构(107)
472伺服机构旋转轴设计(115)
473结构轻量化设计(116)
474可拆卸模块化结构设计(118)
475光学总体结构的密封、散热及电气设计(119)
476系统遮阳罩设计(120)
477图谱关联探测系统(122)
478长波红外成像光学系统(123)
479共孔径卡塞格林系统的特点(123)
4710共孔径卡塞格林系统结构布局(126)
4711主体支撑结构设计(127)
4712主镜和次镜面形消应力变形设计(128)
4713遮光罩抑制杂散光设计(129)
48具有气动外形的机载图谱关联探测系统(130)
481基于库德光路的成像/测谱一体化光学系统设计(132)
482成像/测谱光学系统一体化设计(132)
483耦合光路的高精密滚仰伺服系统设计(133)
49地基/空基/临近空间图谱关联探测系统(136)
第5章光机电协同控制与处理(138)
51控制与信息处理子系统(138)
511部件与同步(138)
512面向测谱的目标检测与跟踪(165)
513参考图制备(168)
514Line2D模板匹配(174)
515目标分割(183)
516地标导引实例——机场停机线约束(184)
517目标跟踪(185)
518多目标的稳定测谱(191)
519检测跟踪算法实现(198)
5110局部帧差和多帧融合动目标检测跟踪算法(199)
52提高空中目标测谱实时性和精确性(208)
53图谱关联实时处理系统(215)
531难点(215)
532图谱关联实时处理系统的硬件架构(217)
533实时处理系统内部与外部的互联(222)
54自适应大动态范围光场控制模型(224)
第6章系统红外和光谱定标(230)
61红外成像定标(230)
611概述(230)
612红外热像模块的噪声等效温差、最小可分辨温差、畸变
测试(231)
613定标案例(234)
62旋转干涉红外成谱模块定标(235)
621定标流程(235)
622定标实施(238)
63不同温度目标的光谱定标(249)
631较低温目标的光谱定标参数估计(249)
632常温目标的光谱定标参数估计(250)
633中温目标的光谱定标参数估计(251)
634高温目标的光谱定标参数估计(252)
635内场的光谱定标参数估计(253)
636外场的光谱定标参数估计(256)
637外场定标后的测量实例(258)
64系统集成调试(259)
641系统电调试(259)
642重要部件测试(263)
643温循试验(266)
644振动试验(270)
645设备全流程硬件闭环仿真系统(272)
646联合调试结果演示(277)
647多模态数据仿真(281)
648基于卫星底图的动态视景仿真(282)
649基于光谱数据库的高光谱仿真(283)
6410动态性能测试(286)
第7章图谱关联的光谱识别(289)
71气体辐射谱不变特征提取(289)
711需求(289)
712难点(290)
713方法(290)
72光谱解混(300)
721空对地遥感目标光谱解混(302)
722目标分割实例(302)
73光谱特性分析(303)
74光谱大气校正(317)
75抑制下行辐射的凌晨红外宽光谱特征识别算法(320)
751难点与措施(321)
752方法(322)
753算法(322)
754特征波段差异阈值计算(323)
755多帧识别算法(324)
76红外发射率谱、温度谱特征提取识别算法(325)
761常温红外光谱不变特征原理分析(325)
762算法(326)
763一阶导数光谱(330)
77红外光谱偏振特征提取(332)
771特征提取(332)
772识别结果(334)
78光谱极值点识别算法(334)
781光谱解混(334)
782极值点分析方法(337)
79抑制背景的红外宽光谱小样本神经网络识别算法(343)
791问题(343)
792方法(343)
793算法难点(347)
794算法步骤(349)
795调试(353)
710常温对象光谱的频域分解识别(353)
第8章系统验证与应用(360)
81河北外场试验(360)
82莱州湾外场试验(361)
83珠海航展外场试验(371)
84常州机场试验(374)
85天基图谱关联反演大气层内目标特性(388)
851难点(388)
852详细设计(388)
86图像序列光谱数据库(393)
861图谱关联数据库目录(393)
862常州挂飞试验光谱数据库实例(399)
863珠海航展阴雨天数据库示例(399)
864珠海航展晴天数据示例(403)
865河北易县试验数据示例(403)
866莱州湾试验数据示例(404)
87从像方温度图像反演物方温度辐射场(404)
871难点(405)
872方法(405)
88大视场搜索的图谱关联探测(417)
881难点(418)
882系统设计(418)
参考文献(422)

中国古代哲人早就告诫我们：“工欲善其事，必先利其器。”此处，广义的“事”即指测量和探寻各种对象的特性数据与规律，“器”则指所使用的工具、仪器和系统。俄罗斯科学家门捷列夫曾言：“没有测量就没有科学。”没有充分的测量数据，就没有科学规律的发现。
目标和动态现象内部存在的物质能量交换及其与外部环境的物质能量交换，决定了它们独特的宽波段光谱特性。反之，通过宽波段光谱特性，也可以反演其内在特征。因此，实时获取目标的多维度动态数据，特别是宽波段光学红外图像和光谱数据，是物质科学、遥感科学、航空航天科学等领域亟须需完成的核心任务之一。这就奠定了新型多维度光电探测系统研发的重要地位。
在外场遥感条件下，无论依托何种平台、位于何地或处于何时，需同时获取动目标和动态现象的宽波段光谱数据，并分析其内在特性，才能完成上述核心任务；否则，科学研究将陷入“无源之水、无本之木”的困境。本书介绍的新型光电探测系统涉及以下几个方面。
(1) 单台一体化遥感探测系统架构和设计。
(2) 小型化、轻量化、低功耗、高可靠性。
(3) 多波段关联、实时反演计算动目标和动态现象的内在特征。
动目标稍纵即逝，其处于多维度特征空间的局部子空间。现有的传统探测系统缺乏主动抓取目标时间空间光谱多维度子空间信息的能力，目标的可探测性和可识别性随背景变化和干扰而发生漂移。现有系统架构不具备对场景与目标特性的认知、学习和反演能力，不能应对复杂环境。
本书总结了作者及其所领导团队过去十余年开展的部分研究工作，借鉴高等生物仿生机制——由空间时间变化的动态现象触发感知光谱功能，将物方光谱信息的获取归结为物理与数学领域的求逆问题，成功研制出多波段共孔径、共光路、模块化、小型化的智能仪器和反演计算成谱方法，以实现实时测量、场景自适应并高效完成物方谱特征的反演，持续提升动目标、时敏目标多维度信息获取的有效性和快速性。本书介绍的研究成果将促进复杂环境下遥感探测技术的进步，并推动动平台条件下动目标实时测量与识别智能仪器的发展。
本书所涉及的研究成果是在国家重大科研仪器研制项目、原国防科学技术工业委员会基础研究项目、国家高分工程专项、国家重点预研项目和国家科技成果转化项目等资助与支持下完成的，在此一并致以衷心感谢。
在开展该领域研究和攻关及撰写本书的过程中，作者得到李陟院士、龚健雅院士、王雪松教授、袁健全研究员、苏锦鑫研究员、费锦东研究员、王英瑞研究员、张宏研究员、梁波研究员、白晓东研究员、孙向东研究员、洪汉玉教授、邓泳老师、齐树壮老师和刘延利老师等专家与领导的大力支持、悉心指导及无私帮助。
作者谨向在本领域研究攻关工作和书稿准备过程中给予重要贡献的诸多合作者、同事与学生致以诚挚谢意，包括：范晋祥研究员、张浩钧研究员、何志平研究员、袁立银研究员、靳爱军博士、苏建忠研究员、颜露新教授、钟胜教授、王岳环教授、姚连兴研究员、胡俊东高级工程师、何博工程师，以及徐海、胡佛炜、张叶茂、徐倩茹、刘慧慧、张宇晗、翟双仟、黄国浪、方卢、叶刚、龚伟、刘建伟、郭诗嘉、石玉川、詹晨阳、李家豪和李显等博士研究生、硕士研究生。
特别感谢彭雅女士精心抚育龙凤胎“大米”、“小米”姐弟，使作者能专注于科研和著述。

中国古代哲人早就告诫我们：“工欲善其事，必先利其器。”此处，广义的“事”即指测量和探寻各种对象的特性数据与规律，“器”则指所使用的工具、仪器和系统。俄罗斯科学家门捷列夫曾言：“没有测量就没有科学。”没有充分的测量数据，就没有科学规律的发现。
目标和动态现象内部存在的物质能量交换及其与外部环境的物质能量交换，决定了它们独特的宽波段光谱特性。反之，通过宽波段光谱特性，也可以反演其内在特征。因此，实时获取目标的多维度动态数据，特别是宽波段光学红外图像和光谱数据，是物质科学、遥感科学、航空航天科学等领域亟须需完成的核心任务之一。这就奠定了新型多维度光电探测系统研发的重要地位。
在外场遥感条件下，无论依托何种平台、位于何地或处于何时，需同时获取动目标和动态现象的宽波段光谱数据，并分析其内在特性，才能完成上述核心任务；否则，科学研究将陷入“无源之水、无本之木”的困境。本书介绍的新型光电探测系统涉及以下几个方面。
(1) 单台一体化遥感探测系统架构和设计。
(2) 小型化、轻量化、低功耗、高可靠性。
(3) 多波段关联、实时反演计算动目标和动态现象的内在特征。
动目标稍纵即逝，其处于多维度特征空间的局部子空间。现有的传统探测系统缺乏主动抓取目标时间空间光谱多维度子空间信息的能力，目标的可探测性和可识别性随背景变化和干扰而发生漂移。现有系统架构不具备对场景与目标特性的认知、学习和反演能力，不能应对复杂环境。
本书总结了作者及其所领导团队过去十余年开展的部分研究工作，借鉴高等生物仿生机制——由空间时间变化的动态现象触发感知光谱功能，将物方光谱信息的获取归结为物理与数学领域的求逆问题，成功研制出多波段共孔径、共光路、模块化、小型化的智能仪器和反演计算成谱方法，以实现实时测量、场景自适应并高效完成物方谱特征的反演，持续提升动目标、时敏目标多维度信息获取的有效性和快速性。本书介绍的研究成果将促进复杂环境下遥感探测技术的进步，并推动动平台条件下动目标实时测量与识别智能仪器的发展。
本书所涉及的研究成果是在国家重大科研仪器研制项目、原国防科学技术工业委员会基础研究项目、国家高分工程专项、国家重点预研项目和国家科技成果转化项目等资助与支持下完成的，在此一并致以衷心感谢。
在开展该领域研究和攻关及撰写本书的过程中，作者得到李陟院士、龚健雅院士、王雪松教授、袁健全研究员、苏锦鑫研究员、费锦东研究员、王英瑞研究员、张宏研究员、梁波研究员、白晓东研究员、孙向东研究员、洪汉玉教授、邓泳老师、齐树壮老师和刘延利老师等专家与领导的大力支持、悉心指导及无私帮助。
作者谨向在本领域研究攻关工作和书稿准备过程中给予重要贡献的诸多合作者、同事与学生致以诚挚谢意，包括：范晋祥研究员、张浩钧研究员、何志平研究员、袁立银研究员、靳爱军博士、苏建忠研究员、颜露新教授、钟胜教授、王岳环教授、姚连兴研究员、胡俊东高级工程师、何博工程师，以及徐海、胡佛炜、张叶茂、徐倩茹、刘慧慧、张宇晗、翟双仟、黄国浪、方卢、叶刚、龚伟、刘建伟、郭诗嘉、石玉川、詹晨阳、李家豪和李显等博士研究生、硕士研究生。
特别感谢彭雅女士精心抚育龙凤胎“大米”、“小米”姐弟，使作者能专注于科研和著述。