物体经过较短波长的光照，把能量储存起来，然后缓慢放出较长波长的光，这些光的能量-波长的关系图即为荧光光谱.荧光光谱具有灵敏度高、选择性好等优点，且不需要对目标进行分离与处理，被广泛应用于荧光物质的检测和分析.

1 系统原理框图

系统原理框图如图1所示.

  

图1 系统原理框图

2 光栅分光滤光器

在接收荧光发射光谱辐射时，滤光器通常被安放在光检测器前面.滤光器的作用是从连续的光谱中滤出所期望的波长.根据不同的光学现象，光学滤光器可分为彩色滤光片和薄膜过滤器.滤光器的类型包括棱镜、滤光片和光栅.由于光栅滤光器具有分光线性好、工作范围宽、易进行机械加工等优点,因此本系统采用光栅滤光器进行分光.

如图2所示，光栅分光是基于多缝衍射的原理，光栅是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝的平面玻璃或金属片.当复色光通过光栅后，不同波长的光谱线出现在不同的位置而形成光谱.复色光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉共同作用的结果.在电荷耦合元件（CCD）接收面上接收光谱线的位置，各光谱线的位置可以用下式表示

 

式中ɑ表示狭缝的宽度，b表示狭缝的间距，是衍射角，θ是光的入射方向和光栅平面法线间的夹角，k是明条纹的光谱级数（k=0，±1，±2……），λ为波长，d被称为光栅常数，d=ɑ+b.（1）式可以用来计算光波的波长.

选取我院2016年12月至2017年12月所收治的颅脑外伤开颅血肿清除加去骨瓣减压术患者64例,其中女性患者30例,男性患者34例,最小年龄23周岁,最大年龄72周岁,年龄均值(57.2±1.3)周岁,根据患者入院时间分为研究组和参照组,每组各32例,2组患者年龄、性别等基本临床数据,经分析对比无显著性差异(P>0.05)。

  

图2 光栅分光滤光器的原理

为了满足系统高分辨率、连续性好的要求,本系统选用高密度光栅，使光栅只有±1级衍射光，衍射波长范围为550～850 nm.

3 CCD特性

由于CCD具有结构简单、集成度高、制造工序少、功耗低、信噪比好等优点，因此日益受到人们的重视，并得到广泛应用，如用于工业检测、电视摄像等.CCD的最基本功能就是完成电荷的存储和转移.那么以电荷为信号的CCD工作过程主要为完成信号电荷的产生、存储、传输和检测.其目的是要把光信号的图像信息转换成电信号的图像信息，它是一种新型的光电转换器.CCD主要由相机区、存储区及输出区构成，分别具有照相、传输和输出的功能.输出是CCD图像传感器的核心功能.摄像区电荷经过存储区转移至输出区，然后经过放大器转换成电压信号，从而完成图像的光电转换工作.

where σ(x, y, z) was the canal conductivity. ρ(x, y) was the fixed charges density in the depopulated region, the mobile charges density in the conductive channel region at a point(x, y, z) for an n-channel transistor was given by −ρ(x, y):

在选择CCD时，CCD要尽可能地适应系统的要求，使其在光谱探测中发挥最大的作用，因此应该重点考虑以下4个内容.（1）具有较高的数据采集速度.（2）CCD传感器应该具备电子快门的功能，这样在生物组织的探测应用中，可以降低CCD的积分时间并且增大可调范围.（3）所选取的CCD驱动电路的芯片要是比较容易开发的，而且要有较高的性价比.（4）具有较高灵敏度和较大的动态范围.荧光信号在生物组织中一般都较弱，而这两个因素对抑制暗电流和探测微弱信号的精度的影响较大.

1.3.3 农村留守儿童信息贫困研究。我国在工业化进程中出现了大量的农村留守儿童[35]。他们由于人际关系网比较狭窄，难以从父母、老师这一信息获取渠道获取信息，而大众媒介和其他公共资源又有限，能获得的信息量远远低于城市儿童，也相对低于非留守儿童。城市儿童有着丰富的信息资源可以利用，在选取信息资源的同时，他们对信息的筛选等能力得到培养，获取信息数量与质量均高于留守儿童。留守儿童信息贫困还表现为“信息渠道不畅通”、获取的信息滞后、信息失真等问题[36]。

4 CCD的选择

与老式的摄像管相比，CCD图像传感器具有体积小、重量轻、低成本、低功耗、耐冲击性高、寿命长和抗电磁干扰等优点.当前，CCD图象传感器被广泛地应用于照相机、传真机、打印机和多媒体设备以及其他众多的电子产品中.CCD成为了电子图像输入的最优元件.

（2）双沟道型线阵CCD.双沟道型线阵CCD摄像器件如图4所示.寄存器A与B分别在像敏阵列的两边.当转移栅A与转移栅B为高电平时，按箭头方向光积分阵列内的电荷包同时迁移至其相对应的寄存器中，随着驱动脉冲向右转移，电荷最终以视频信号的形式输出.

（1）单沟道型线阵CCD.三相单沟道型线阵CCD的结构图如图3所示.由图3可知，移位寄存器已被遮挡，转移区和移位寄存器与光敏阵列没有连接.在光积分的周期里，光栅电极的电压是高电平，光敏金属氧化物半导体电容中储存着入射光在光敏区产生的电荷.随着转移脉冲的出现，光敏阵列中的电荷也并行迁移到CCD的寄存器中，最终在时钟脉冲的作用下移出CCD器件，从而获得视频信号.

在大数据时代下，数据激增对数据处理的精确性和实效性等都提出了更高的标准，新型电网规划体系获取数据的主要方法是结合无人机、卫星遥感等先进的技术来获取数据。无人机、卫星遥感等技术的发展日

  

图3 单沟道型线阵CCD的结构图

一般而言，从结构上CCD成像器件可分为线阵型CCD和面阵型CCD.目前，在谱域光学相干层析术的应用当中，线阵CCD仍然是主要的光谱信号探测器件.线阵CCD传感器有两种基本的工作方式：一种是单沟道线阵CCD；另外一种是双沟道线阵CCD.

  

图4 双沟道型线阵CCD的结构图

TCD1200D和时序脉冲产生的电路的电学接口就是驱动接口电路.其电平转换驱动器已设置在TCD1200D内部，TCD1200D芯片可直接获得互补金属氧化物半导体（CMOS）逻辑器件HC7404提供的0.3～5 V的四路驱动脉冲.如图6所示，这是一种典型的TCD1200D驱动电路.Φ1、Φ2、ΦSH和ΦR四路脉冲可以通过CMOS逻辑器件HC7404送到TCD1200D.在这些驱动脉冲的作用下，TCD1200D输出了信号输出和补偿输出.将这两路输出信号分别送给差分放大器LF357的正、反输入端进行差分放大，通过抑制掉共模的ΦR引起的干扰，最后得到输出的信号波形.

综合考虑各种因素，最终采用东芝公司生产的TCD1200D.它是具有2236个像元的二相图像传感器.相比其他型号的芯片，它除了具有高灵敏度、驱动简便、光谱响应范围宽等特点外，还具有较高的动态范围.

5 TCD1200D驱动电路

驱动电路的功能是给CCD提供正常工作所需要的定时脉冲和偏置电压，并且在CCD的输出端把光电转换获得的电荷量转换成电压输出.影响工作装置驱动脉冲信号质量的因素包括相位、波形、前后沿时间[3,4].为了保证CCD稳定可靠地工作，驱动电路的设计必须满足正常操作定时脉冲和驱动控制电路的要求.不同型号CCD要求的工作参数不同，因此一种驱动控制电路不可能同时满足多种CCD的需求，即使相同像元数的CCD器件，若型号不同一样不具有互换性.加在CCD各管脚上的电压通常有两种：一种是直流电压，可在几伏到十几伏范围内变化；另一种是具有一定幅度的逻辑脉冲电压.根据不同的控制电极数，电荷的转移脉冲可分为二相、三相和四相等.

5.1 TCD1200D时序脉冲的驱动电路

二相脉冲驱动TCD1200D工作时，有四路类型的工作脉冲可用于时序脉冲驱动电路，分别为光积分的脉冲ΦSH、电荷转移脉冲Φ1、Φ2和输出复位脉冲ΦR.图5为它们的相位关系.此外TCD1200D若要正常工作，还需要配备对应的直流电源.

  

图5 TCD1200D工作脉冲的逻辑框图

如图5所示，四路脉冲的技术指标如下：（1）ΦR=ΦDC=1.0 MHz，方波，占空比为1∶3；（2）Φ1=Φ2=ΦDC/2=500 kHz，方波，占空比为1∶1；（3）由于在一个ΦSH周期内至少要有1118个Φ1脉冲输出，因此，ΦSH=1/TSH≈447.2 Hz，正脉冲；（4）四路脉冲的最大峰峰值为12 V.其中ΦDC为主时钟脉冲的4分频脉冲,T表示周期.

在三维数字地形图表达点状符号中，最突出的特点是赋予点状符号高度信息，使其三维立体化，在三维空间的量测与编辑中，更方便直观。当然，立体点状符号的表达并不全是带有高度值的三维符号，是否赋予其高度信息由点状地物外观特点而定，这其中包含少部分不带高度的点状符号。笔者后期会继续依据《1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形图图式》制作不依比例尺、半依比例尺及依比例尺的点状符号，最终合并为三维点状符号库，用于三维数字地形图的制作。

5.2 TCD1200D的驱动接口电路

一般高于256位的线阵CCD通常使用双沟道型线阵CCD，这是由于当双沟道型线阵CCD和单沟道型线阵CCD的光敏单元数量一样时，双沟道型线阵CCD的转移次数只有单沟道型线阵CCD的一半，因此双沟道型线阵CCD的转移效率更高.

  

图6 TCD1200D驱动接口电路的原理图

6 输出

经过光栅的分光、CCD的光谱采集和光电转换的作用，该系统实现了对荧光光谱的精准采集，最后对输出信号进行分析对比，从而分析鉴定荧光物质的成分.

则计算出自适应因子矩阵后，对于式(29)、式(30)的向前一步预测估计协方差平方根矩阵更新方程可以改为

7 结束语

本文的荧光光谱探测系统采用双沟道线阵CCD传感器，其灵敏度高且信号可同步测定，提高了系统的频谱利用率及抗干扰能力；实现对荧光光谱的精准采集，所获得的荧光光谱信息可用于鉴别多种荧光物质，具有较大的推广前景.

参考文献：

考虑到教材中的内容滞后于时事，所以遥感课程的教师密切关注国内外遥感领域的最新发展动态，选取与遥感课程相关的时事热点、趣闻轶事，使其贯穿于教学始末，并适当地补充能够反映最新遥感技术及其应用成果的内容。比如介绍在我国遥感发展历程中具有里程碑意义的“三大战役”等。

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[2]胡 熠.线阵CCD摄像器件TCD142D及其应用[J].自动化与仪器仪表,2001（5）：27-29.

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