编码孔径成像光谱仪系统集成及光谱复原实验研究

CIOMP OpenIR

	编码孔径成像光谱仪系统集成及光谱复原实验研究
	朱丹彤
学位类型	硕士
导师	沈宏海
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	硕士
关键词	光谱成像仪编码孔径 DMD 光谱复原
摘要	成像光谱技术集成像技术和光谱测算技术的优点于一身,可捕获由待测场景二维图像信息和一维光谱信息组成的三维数据立方体。通过成像光谱技术既可对目标定性分析,还可定量分析,甚至进行定位分析,因此在诸多领域都有广阔应用前景。然而目前,在机载成像光谱仪中,大部分采用的仍是推扫式色散型成像光谱仪,其光通量与分辨率相互制约;而干涉型傅里叶变换成像光谱仪虽光谱分辨率相对较高稳定性较好但仍需要扫描,无法实时成像。编码孔径型成像光谱仪既有高通量、多通道等优点,又具备凝视成像的能力;通过编码模板的选择可有效抑制背景信号和其他干扰信号,增强所需光谱信号强度,获得较高信噪比;使用二维数据探测即可实现三维数据立方体的采样,与传统光谱成像技术相比,其需测量的数据量大大减小,减轻了对数据存储和传输的压力。因此,对编码孔径光谱成像技术的研究成为了当今国际光谱分析检测领域的前沿研究课题之一。本文的主要工作内容包括以下三个部分:(1)进行系统结构设计和装调集成。在对编码孔径成像技术充分调研和深入研究的基础上完成了系统结构设计,同时,针对光路中存在多次反射产生的多光轴及编码孔径器件实际工作面和装调工作面存在夹角等给系统装调带来的挑战,本文提出利用激光参考定位和光的折反射原理相结合的方法对系统进行装调,最终完成了实验平台的搭建和集成。(2)提出“规则条纹结合图像处理的校正方法”对编码模板和探测器进行配准。对在编码孔径型成像光谱仪中,编码模板和探测器像元的配准影响着编码精度和图谱复原质量,现有解决方法通常采用调节探测器位置使之与编码孔径器件对称实现配准,但这种方法会造成探测器边缘视场产生离焦,靶面利用率降低,针对这一问题,本文提出了“规则条纹结合图像处理的校正方法”,将系统结构中不可避免的非对称形变误差通过后期处理,借助理想规则条纹与探测器采集图像对比分析,定量计算出像元的形变量从而实现校正。该方法在保证探测器全视场清晰成像的情况下,校正图像基本恢复理论值,解决了编码孔径器件和探测器的配准问题。(3)进行光谱复原实验并提出解码算法的优化设计。在完成装调的实验平台上开展了编码光谱成像实验,通过对采集到的数据信息进行解码复原,获得了目标场景的7阶复原图谱。为了提高系统的光谱分辨率,将原结构中的后置远心镜头替换为变倍镜头,使探测器像元和编码因子可实现在一定范围内任意匹配关系的调节,并分析了空间分辨率和光谱分辨率在不同匹配关系时的变化规律。为了提高系统的实时性,减小高阶编码孔径的解码时间,提出了利用对称π变换对数据进行解码的方法,完成了算法设计。本文通过对编码孔径型成像光谱仪的系统装调及实验分析,验证了编码孔径成像技术的可行性及优越性,并通过对其中关键技术的研究,提高了编码的精确性,对编码孔径型成像光谱仪的研究提供了技术积累和理论参考。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61555
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	朱丹彤. 编码孔径成像光谱仪系统集成及光谱复原实验研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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编码孔径成像光谱仪系统集成及光谱复原实验（6123KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文