一、静止型傅里叶变换成像光谱仪技术的发展（论文文献综述）
任俊[1]（2021）在《红外双谱段傅里叶变换成像光谱仪光学系统理论及关键技术研究》文中认为成像光谱技术作为一项融合光学、光谱学、精密机械、电子技术及计算机技术于一体的高新技术,可以同时获取被测目标的二维空间信息和一维光谱信息。成像光谱仪则是基于成像光谱技术发展而来的新一代光学遥感仪器,目前已广泛应用于光谱辐射特性研究、环境监测、气象观测、资源考察、军事目标侦察及生物医学诊断等领域。傅里叶变换成像光谱仪作为成像光谱技术中的典型代表,根据光程差调制方式的不同可以分为时间调制型（Temporal modulation type,TMIFTS）、空间调制型（Spatial modulation type,SMIFTS）和时空联合调制型（Spatio-temporal mixed modulation type,TSMIFTS）。其中,TSMIFTS由于不含有精密的动镜系统以及制约光通量的狭缝,具有环境适用性强、稳定性高等独特优势,在环境保护、污染物检测及突发灾害事件应对等领域拥有广阔的应用前景。针对当前TSMIFTS的发展现状及应用需求,本论文提出了一种基于阶梯微反射镜的TSMIFTS,对其进行了理论分析与光学系统设计研究。系统采用阶梯式分布的镜面结构代替了迈克尔逊干涉仪中的动镜系统,实现了静态化的光程差空间采样,提高了系统稳定性,同时避免了动镜的随机采样误差。中波红外和长波红外双谱段一体化设计使之能够对更多的污染物物质成分进行识别与分析。但是,引入阶梯微反射镜结构的TSMIFTS仍有以下问题亟待解决,例如:有限尺寸的阶梯结构难以获得大光程差,导致光谱分辨率难以提高;静态的干涉系统虽然避免了动镜运动导致的随机采样误差,但无法消除装调过程中带来的固定初始误差;大阶梯的结构会导致边缘像面产生离焦,给后期的全景图像获取带来了困难;共口径的光学系统设计会带来严重的色差,倾斜平行平板在成像光路中还会导致大数量级的单色像差。为此,本论文开展了TSMIFTS的光学系统理论和关键技术研究,主要研究内容和创新点如下:（1）提出了一种新型的基于阶梯微反射镜结构的TSMIFTS。基于阶梯微反射镜的静态干涉结构大大的提高了仪器的抗震动稳定性,系统不含限制光通量的狭缝,具有反应速度快、光通量大、探测谱段宽等优点。分析了基于阶梯微反射镜结构下系统的光程差调制原理与成像过程,给出了获取空间高分辨全景图像和实现高光谱分辨率的解决方案,根据系统的技术指标计算了成像光谱仪光学系统与干涉系统的各项参数。（2）完成了双谱段、双干涉通道TSMIFTS的总体分析与光学设计。根据像差理论对前置共口径望远镜和中继中、长波二次成像系统进行了分析与设计,得到了结构合理、成像质量高、满足设计指标的光学系统。建立了TSMIFTS的物理模型,对干涉及成像过程进行了仿真实验,对干涉仿真数据进行处理得到了高精度重构光谱,验证了基于阶梯结构的光程差调制方法的可行性与光学设计的可（3）对干涉系统装调误差模型进行了理论推导,研究了干涉系统倾斜误差对干涉图的对比度和信噪比的影响,得到了干涉系统的装调误差容限。分析了干涉成像系统的杂散光主要来源,建立了成像光谱仪的杂散光分析模型,对杂散光的产生路径进行了模拟并提出了相应的杂散光抑制方案。（4）完成了成像光谱仪的机械设计和系统集成,关键器件阶梯微反射镜的加工及测试结果均达到了设计指标。研究了红外干涉成像系统的高精度装调方案,提出了光谱标定和系统集成同时进行的高精度装调方法。并对集成后的TSMIFTS进行了空间分辨率、光谱分辨率、光谱定标精度、信噪比等内场和外场测试,测试结果表明TSMIFTS的光谱及成像性能良好,满足设计要求。
赵百轩[2]（2021）在《基于多级阶梯微反射镜的傅里叶变换成像光谱仪红外图谱信息处理研究》文中研究指明成像光谱技术有机融合了光学成像技术、光谱技术、精密机械、电子技术及计算机技术,能够同时获取目标三维信息（二维空间信息和一维光谱信息）,是当今可见光和红外遥感器探测技术领域中的前沿科技和重要手段。在中、长波红外波段,傅里叶变换成像光谱仪以其多通道、高通量等优势得到了广泛的应用。基于多级阶梯微反射镜的静态傅里叶变换成像光谱仪（Stepped Micro-mirror Imaging Fourier Transform Spectrometer,SIFTS）,利用基于微光机电系统（MOEMS）技术制造的多级阶梯微反射镜取代迈克尔逊干涉仪中的高精度动镜来实现光程差的获取,具有多通道、高通量及高稳定性等优点,在资源勘探、环境监测、减灾预报、气象观测、空间遥感及军事目标侦查等领域具有广阔的应用前景。图谱信息处理是成像光谱仪应用的基础。SIFTS的图谱信息处理有以下难点:首先,其对信号的调制方式使得图谱信息的处理流程与传统傅里叶变换成像光谱仪不同,需要结合仪器结构及原理,在现有方法的基础上提出适用于SIFTS的图谱信息处理方法;其次,仪器干涉核心中的特殊器件—基于MOEMS技术制造的多级阶梯微反射镜的加工精度误差及装调误差会在图谱信息中引入多个维度的复合误差;此外,仪器工作在中波红外波段,信号相对较弱,背景噪声大,给有效信息的提取和进一步处理带来了一定难度。针对以上难点和具体应用需求,本论文开展了SIFTS的图谱信息处理研究。本论文的研究工作主要包括以下四个部分:一、通过分析SIFTS的工作原理,结合干涉核心内多级阶梯微反射镜的独特结构,提出了相应的场景图像重建算法。利用图像形态学运算和小波分解对图像单元边缘信息进行增强,解决了背景图像信息对图像单元边缘信息检测的干扰问题;利用特征匹配拼接提高了图像单元的配准精度;并对拼接后的场景图像进行基于频域滤波的图像融合,解决了场景图像中存在拼接缝隙的问题。为了验证场景图像重建算法,设计并进行了原理样机的外场实验,成功获得了目标场景的高质量图像。二、通过对多级阶梯微反射镜特殊结构及其对光谱的调制作用的分析,结合传统傅里叶变换光谱仪的光谱重建流程,提出了相应的光谱重建算法,以提取数据立方体中任意目标的光谱信息。针对多级阶梯微反射镜的子阶梯高度误差,提出了一种空域非均匀光程差采样校正算法,结合子阶梯高度误差测试数据,在光程差域采用最小二乘拟合对光程差的非均匀采样进行校正,修正了其在频域造成的波数漂移和相位误差。三、完成了仪器的光谱及辐射标定工作。分析了对干涉图和重建光谱影响最大的干涉核心的系统误差,详细推导了干涉核心中各器件的多维度装调误差等系统误差与空域干涉条纹畸变及频域光谱波数偏移之间的转换关系,建立了误差传递模型。根据该模型,提出了一套适用于SIFTS的光谱辐射标定方法。设计并进行了光谱辐射标定实验,验证了光谱辐射标定方法的有效性。四、评价了SIFTS的空间分辨率、光谱分辨率、信噪比以及定性识别和定量分析能力。计算了仪器的理论空间分辨率,并利用外场实验数据进行了验证;计算了仪器的理论光谱分辨率,设计并进行了光谱分辨率测定实验,验证了理论计算结果;根据仪器各光学器件参数以及探测器参数,建立了仪器干涉图信噪比的理论模型,并详细推导了仪器干涉图信噪比与光谱信噪比之间的转换关系,在此基础上,根据标准辐射源测量实验结果对信噪比理论模型进行了验证;设计进行了实验室中的液态乙腈定性识别和CO2气体定量分析实验,验证了仪器的定性识别和定量分析能力。
贾文波[3]（2021）在《红外双波段光谱成像系统设计与分析》文中研究说明光谱成像技术是一种利用多通道对目标光谱进行探测及成像的技术,可以根据不同物体的光谱特性对目标进行识别。对于复杂的探测环境,红外双波段光谱成像探测具有明显的优势,中波红外系统不仅可用于获取高温物体的辐射光谱特征,而且在湿热环境下观测优势更加明显;长波红外系统主要用于观测常温物体,形成物体的轮廓影像,在杂散光辐射较强的情况下,长波红外侦察能力更强。因此,红外双波段光谱成像技术的研究对军事领域和民用技术的发展均有重大意义。本文设计了一款红外双波段共像面成像光谱仪,工作波段包括中波4.4μm～5.4μm和长波7.8μm～9.2μm,F/#2.5,该系统由前置望远物镜、光谱分光系统和中继系统组成。前置望远物镜采用离轴两反系统,解决色差严重的问题。光谱分光系统采用Offner结构型式,采用凸面光栅的双衍射级次进行共光路分光,便于系统小型化,同时对凸面光栅的衍射效率进行分析,获得合适的闪耀波长,使双波段衍射效率均在80%以上。由于系统选用制冷型红外双色探测器,本文设计了透射式中继系统,来保证光学系统的光阑与探测器的冷光阑相匹配,使整体系统满足100%冷光阑效率,抑制杂散辐射干扰的影响。三个组成部分均为远心系统,方便衔接匹配,便于装调与检测。对各个组成部分分别设计,完成各个子系统的设计后,将其拼接组合获得红外双波段光谱成像系统。设计结果显示,系统在各波段下,点列斑均方根半径小于探测器一个像元尺寸,光谱分辨率较高,调制传递函数接近衍射极限,成像质量良好,满足红外探测系统的设计需求。同时,对光学系统公差进行分析,公差分配较合理。
李诚良[4]（2021）在《基于光机热集成分析的空间低温红外光谱仪研究》文中研究表明静止轨道高光谱成像系统具有监测范围广、时间分辨率高、连续性强、重访周期短的优势。在静止轨道上实现高分辨率高光谱探测,将实现全天时大范围连续观测,解决遥感应用识别和分类的难题,满足资源、林业、环境、海洋、农业和减灾等领域高分辨率高光谱遥感的应用需求。为了保证空间红外光谱仪具有较高的信噪比,需要降低仪器内部红外辐射,仪器通常需要工作在很低的温度。红外光谱仪需要在常温下进行装调,因而红外光谱仪装调温度与使用温度具有非常大的温差。当温度变化后,光学元件的相对位置、光学表面曲率变化、面形以及透射元件折射率等发生变化,如何保证仪器在低温环境下的光学性能是最关键的问题。本文针对曲面棱镜色散红外光谱仪低温环境应用中碰到的棱镜材料折射率随温度梯度与应力发生改变、曲面棱镜组件材料线膨胀系数不匹配、光机结构大温差收缩变形等问题,研究与之相关的光机热集成仿真分析技术对于低温空间红外光谱仪的研制具有重要意义。首先针对环境大温差作用下镜面刚体位移大的问题,建立了光机集成分析高精度光机接口模型,采用两次面积加权最小二乘算法计算镜面刚体位移,使镜面刚体位移与光学面形有效的分离。以抛物面镜光学系统作为研究对象,基于主动施加刚体位移的方法,获得已知刚体位移的有限元分析结果。采用光机接口模型与Sig Fit计算结果进行对比分析。两者计算结果一致,验证了高精度的刚体位移计算方法,实现了结构有限元分析结果与光学设计高精度耦合。针对以CaF2曲面棱镜作为色散元件的红外光谱仪,建立了基于光线追迹的棱镜温度梯度、应力影响红外光谱仪的性能稳定性的评价方法。分别对比分析了棱镜组件全光程与双光程（透射、反射）光程差标准泽尼克相位拟合下的残差精度。温度梯度0.12 K带来的光程差PV值约为12 nm,应力0.12 Mpa带来的光程差PV值为1 nm,基于量化指标能够更容易判断红外光谱仪低温性能的稳定性。针对低温红外光谱仪常温装调低温使用的大温差结构收缩变形问题,提出了一种曲面棱镜自定心柔性支撑结构,能够消除线膨胀系数不匹配导致的热应力,并基于光机热集成分析方法,验证了光机结构设计合理性。基于试验分析方法分析了线膨胀系数对光学镜面面形精度的影响。基于自动化光机热集成分析程序分析了材料线膨胀系数对光学系统离焦的影响。设计了低温红外光谱仪热控方案并通过分析低温红外光谱仪在热控稳态下的瞬时光学性能变化,验证了热控方案的合理性。为验证了棱镜色散红外光谱仪光机热集成分析的合理性,首先介绍了低温棱镜色散红外光谱仪关键组件的加工装配方法以及光谱仪整机的定心装调方法。基于滤光片产生窄带光源,以像元对狭缝像的离散采样曲线半高全宽最小作为目标确定探测器理想焦面位置。在实验室环境下对常温传函进行了测试,基于刃边法计算得到的中心视场奈奎斯特频率处的传函优于0.43,满足使用的需求。基于窄线宽激光器对光谱仪在常温与低温环境进行了测试,棱镜色散红外光谱仪常温与低温下的光谱分辨率一致,并且性能满足使用需求,从而验证了棱镜色散红外光谱仪光机热集成分析的合理性。
徐力智[5]（2020）在《航空摆扫式成像光谱仪成像质量研究》文中认为高光谱成像技术将光学成像技术与光谱分析技术有机地结合在一起,在获取目标的二维空间信息的同时,也获取了目标的光谱信息,从而对目标的几何形状和光谱特征进行分析和识别。高光谱遥感兴起于20世纪80年代遥感技术的发展,是当前遥感的前沿技术,它具有光谱分辨率高、光谱波段数多、信息量丰富等特点,可以广泛应用于地质勘查、海洋研究、农业生产等诸多领域。机载摆扫式成像光谱仪作为高光谱遥感成像的一种应用方向,具有成像视场大、成本低、使用方便、机动性好等优点,这对于高光谱遥感成像在民用领域的推广应用具有十分重要的意义。本文以机载摆扫式成像光谱仪为研究对象,为了提高成像光谱仪的成像性能,针对光学系统的成像质量展开研究,重点研究了光谱仪总体方案设计、仪器各项误差引起的像移量的计算以及复杂运动下系统调制传递函数（MTF）的计算三个方面。本文主要的研究工作如下:首先,介绍了机载成像光谱仪的应用需求,确定了光谱仪的总体设计方案以及指标;完成了光学系统的设计,详细介绍了系统各部件的相关参数;确定了摆扫成像的方案,重点介绍了三面摆扫镜的镜面以及口径设计;分析了光谱仪动态成像过程,模拟了地面成像轨迹以及像元对应关系,研究了仪器误差对图像拼接过程的影响,完成了图像的校正;介绍了光谱仪设计方案的优势,总结了目前存在的问题,为之后的研究内容奠定了基础。其次,基于仪器的光机结构定义了成像过程中的八个坐标系,利用齐次坐标变换法建立了航空摆扫式成像的成像链路模型;分析了仪器的各项误差,重点研究了三面摆扫镜自身的加工装调误差对成像链路模型的影响,计算了系统存在误差情况下像面上的像移量;分析了三面镜各项误差对像移量的影响,并结合总体指标对成像光谱仪的各项误差进行了合理的分配,采用蒙特卡洛法仿真了系统的像移量;通过软件仿真验证了成像链路模型的正确性,证明了本文设计的三面镜摆扫成像方案能够满足高图像质量的要求。最后,研究了复杂运动形式的像移对成像系统MTF的影响,提出了一种计算由像移引起的系统MTF变化的通用模型,分析了单一运动形式的像移对系统MTF影响;之后,将计算模型应用在了线性像移运动与高频、低频正弦振动混合的情况,利用第一类贝塞尔函数的无穷项之和简化了公式,得到了MTF的解析表达式,计算了由于取有限项贝塞尔级数之和引起的截断误差,从而得到了MTF的数值解,并对结果进行了分析;为了验证计算模型的正确性,提出了一种利用ZEMAX和MATLAB软件模拟光学系统中像点位移对系统MTF影响的仿真方法;完成了验证实验,实验结果与MTF计算结果相符,验证了计算模型以及仿真模型的正确性,最后,仿真了光谱仪存在误差情况下获取图像成像质量的变化,仿真结果与公式计算结果相符。本文从光谱仪的方案设计、航空成像像移计算、复杂像移下MTF的计算三个方面完成了机载摆扫式成像光谱仪的成像质量研究,研究内容能为航空摆扫式成像光谱仪的指标设计以及图像复原提供理论基础以及技术指导,对推动机载成像光谱仪的研制与应用具有重要的工程应用价值。
史新政[6]（2020）在《空间外差成像光谱仪图谱重构算法研究》文中提出空间外差扫描成像光谱综合了空间外差光谱技术与成像技术的特点,能够获取目标物体的空间信息和光谱信息,还具有超高光谱分辨能力、高通量、体积小等特点,通过一次扫描成像可以实现被测区域内全部目标点的光谱复原,在高光谱分辨率的遥感探测、国家领土监测、地球大气成分检测等领域发挥着巨大的作用。如何实现从干涉图像到光谱信息的转变,是空间外差成像光谱仪发挥作用的关键,精确、高效地复原光谱信息显得尤为重要。本文基于空间外差光谱技术,对扫描成像原理及干涉图像干涉信息分布进行深入研究,构建空间外差成像光谱仪图谱重构算法,旨在解决目标原始干涉图到图谱数据立方体重构反演问题。首先,为了能够在点干涉信息提取算法中精确提取干涉信息,研究了干涉图像中干涉信息的分布以及干涉图像序列的采集原理,对空间外差光谱技术基本理论及扫描成像实现方案进行了研究,利用ZEMAX和MTALAB软件对空间外差成像光谱仪进行建模,以单色光源和钾原子谱线光源作为输入光源,得到仿真干涉图像,并利用傅里叶变换复原入射光光谱,验证了空间外差成像光谱仪仪器模型的可行性。然后,基于空间外差扫描成像目标干涉信息分布的原理,探索图谱重构算法流程的实现方案,包括干涉图像序列预处理、图像配准、干涉信息提取和光谱复原等相关工作,分析了图谱数据立方体的数据结构形式,提出图谱重构算法。最后,搭建高精度扫描平台开展空间外差扫描成像光谱探测实验,验证空间外差成像光谱仪图谱重构算法的有效性和可靠性,分别采用钾灯、氙灯和钨丝灯作为模拟光源照射被测目标,采集干涉图像序列并利用图谱重构算法实现目标成像超光谱信息的获取,得到目标的图谱数据立方体。为减少系统扫描过程的位移误差,采用基于SURF（Speed-Up Robust Features）算法进行图像配准,提高图谱数据重构精度。空间外差扫描成像实验得出的光谱信息与光纤光谱仪获取的参考光谱信息一致,验证了图谱重构算法的可行性与可靠性。研究结果表明:基于空间外差扫描成像原理的图谱重构算法可以实现目标原始干涉图到图谱数据立方体据的重构,图像配准方法可以修正系统扫描位移误差,提高图谱重构算法的精度,最后可利用图谱数据立方体实现区域目标光谱快速检测功能。
张宇[7]（2020）在《快照式紧凑型光谱成像关键技术及临床应用研究》文中研究指明快照光谱成像技术在一个或数个采样周期内获取用于重建目标光谱立方体的图像数据,可以有效地提高信息获取的速度。快照式傅里叶变换光谱成像仪是一种计算型的快照光谱成像仪,具有结构紧凑,抗震性好等特性。快照光谱成像技术获取光谱立方体数据的方式是将图像不同频谱的相关分量同时映射在一个探测器的不同像素区间,因此必然会造成单一分量图像的空间分辨率降低。同时,计算型的快照光谱成像技术普遍面临光谱重建算法复杂,计算效率不高的问题。本文开展了快照式傅里叶变换光谱成像关键技术研究,并将该技术应用于临床医学检测,具体研究内容如下:1.分析了快照式傅里叶变换光谱成像技术的基本原理,实现了样机的结构设计。针对双沃拉斯顿棱镜结构参数对傅里叶变换光谱仪的性能影响机理进行了详细的分析,并根据应用需求对光机结构进行了优化设计,完成了快照式紧凑型傅里叶变换光谱成像仪样机的研制。2.针对快照式傅里叶变换光谱成像仪面临的图像空间分辨率低的问题,研究了利用样机干涉子图阵列间的空间冗余信息进行图像超分辨方法。为获得高空间分辨率图像,现有方案均引入额外光路单独成像,增加了系统体积。本课题利用子图阵列间存在的微小偏移,采用深度学习的方式直接重建高质量全色图像,从而降低了样机结构的复杂度,保持系统紧凑性。在训练阶段,通过同轴分光路的方式同时采集同轴全色图像和快照光谱图像,将全色图像与光谱图像中的部分子图构成训练对进行训练;训练完成后移除普通全色图像光路,即可利用训练后的网络进行高质量全色图像重建。经过特殊设计的深度卷积网络能够同时实现对阵列子图的对比度增强及图像超分辨。在放大倍率约3.5倍情况下,该方法可获得一幅PSNR普遍高于33d B,SSIM普遍高于0.95的全色图像,从而为光谱立方体数据的融合提供质量保障。3.针对快照式傅里叶变换光谱成像仪光谱重建算法计算效率低的问题,分析了该仪器的数据特性及算法的并发性,并对光谱复原算法进行了并行化设计。针对其中难以并行的子图像配准过程,通过光学设计保证系统子图阵列之间相对位置固定不变,并提出了一种基于模板的阵列化图像并行配准方法。该方法利用棋盘格模板进行预配准的方式,将配准参数以坐标形式进行存储,利用GPU纹理内存的硬件插值特性,直接利用存储的坐标参数,对所有目标子图进行高效并行重采样达到子图对齐的效果。配准过程中的变换模型采用分区线性变换来将子图的微小形变进行分段处理,整体配准效果优于直接进行仿射变换。经过优化过后的样机光谱重建时间缩减到了约90ms,小于探测器的图像传输速率。检测结果表明,样机单谱分辨率优于300cm-1,具有良好的光谱成像效果。4.开展了快照光谱成像技术在系统性红斑狼疮病情活跃度监测中的应用研究。本文以系统性红斑狼疮患者的特异性皮肤表现症状作为切入点,利用快照式紧凑型光谱成像系统的便携、实时光谱成像能力,进行临床患者皮肤损伤光谱数据的采集,建立起基于光谱数据的病情活跃度模型,得到患者病情活跃指数与患者疾病状态之间的对应联系。对比发现,利用光谱仪所分析得到的患者病情活跃指数与医生对患者皮损活跃状态的人工评级相一致,病情活跃指数在对应人工评级上呈现正态分布。通过对比患者病情活跃指数的变化与表征患者疾病状态的补体C3/C4水平、ds DNA水平以及SLEDAI评级的变化发现,病情活跃指数变化与患者病情活跃性变化保持一致。因此,利用快照式傅里叶变换成像光谱仪能够实现对系统性红斑狼疮疾病活跃度的辅助监测。
卫明[8]（2020）在《傅里叶变换高光谱成像复原方法研究》文中指出光谱成像技术是光谱技术与成像技术的结合,通过测量探测目标的三维数据立方体得到二维空间信息和一维光谱信息。傅里叶变换光谱仪由于宽光谱、高分辨率的特性,被广泛地应用到环境监测、医学影像、地质勘探和军事侦察等领域。基于双折射偏振晶体的干涉成像光谱仪经过推扫的方式得到上千张干涉图像,需要进行高精度的快速图像配准以便提取出干涉数据。为了保证光谱复原的精度,后期的光谱复原算法成为了关键。本课题基于Savart平板的干涉光谱成像系统,研究了傅里叶变换光谱技术干涉数据处理算法。首先,在傅里叶变换光谱技术的基础上,研究了基于Savart剪切器的双折射偏振干涉成像系统的工作原理、光程差分析以及光程差的求解方法。其次,研究了基于锐化预处理的局部上采样相位相关配准算法。通过讨论边缘提取算法、图像亚像素级配准算法和局部矩阵乘法的理论基础,提出快速高精度配准算法的主要流程,通过实验仿真,进行算法性能和运算效率分析。接着,针对傅里叶干涉信号的特性,研究光谱复原算法中的去趋势项、切趾和相位校正算法。讨论了最小二乘拟合法和小波变换法去趋势项方法,分析了三角窗、汉明窗、高斯窗切趾函数的频谱特性,研究模平方根法、Mertz乘积法和Foeman卷积法三种相位校正算法,并通过实验仿真分析选取最优方法。针对光程差的非线性采样问题,研究基于快速高斯网格法的非均匀傅里叶变换算法（NUFFT）。通过实验对比FFT算法,干涉图二次插值采样法以及NUFFT算法复原光谱的精度和速度,验证本文方法的可行性。最后,通过搭建实验装置,对系统进行光谱定标和分辨率实验,并对采集得到的外场干涉数据进行光谱复原分析,验证光谱复原算法的性能。
张维康[9]（2019）在《干涉成像光谱仪高精度光谱复原与快速处理技术研究》文中研究说明随着遥感技术的快速发展,成像光谱技术已逐渐成为众多领域内的热门课题之一。成像光谱仪实现了目标空间图像与光谱信息的同时获取,在军事、环境检测、地质勘测等各个领域得到了广泛的应用,其中干涉型成像光谱仪由于具有高通量、多通道和高分辨率等优点,各个国家投入大量人力物力对其进行研究和发展。干涉型成像光谱仪获得的数据立方体中包含了场景图像的空间信息和干涉条纹,而如何将干涉条纹高精度地复原成光谱图像是近年来干涉数据处理的主要研究内容。在多数情况下,人们更加关心光谱中谱峰的位置,这些谱的表现形式为在整个光谱中存在一个或多个尖峰,其他位置处的值很小或为零。在物质的吸收波谱中,这种现象也极为常见,具体表现为在整个吸收波谱中存在一个或多个谷底,其他值均为较大值,此类光谱也可认为具有稀疏性。而具有稀疏谱特性的信号广泛应用于激光干涉、波谱物质分析、光谱定标和实验室测量等。目前针对具有稀疏特性的干涉光谱复原依然采用传统傅里叶变换的方法,如果能充分利用稀疏的特性,复原算法的效率会得到进一步的提升。另一方面,光谱复原领域还存在大数据处理的难题,实际中干涉光谱仪获得的干涉数据量巨大,仅一幅场景就包含十万级或百万级数量的干涉序列,对于如此庞大的干涉数据,传统的串行复原算法远远达不到实时处理的要求。此外,在高分辨率谱估计领域,虽然复原的光谱分辨率得到进一步提升,但当前的谱估计模型求解算法异常耗时,需要一种模型快速求解方式。基于以上分析,本文提出一种基于稀疏傅里叶变换的光谱复原算法,实现对干涉信号的光谱稀疏复原;提出一种高性能光谱复原并行处理算法,对去除趋势项中QR分解、矩阵求逆和乘积法相位校正进行并行优化,并在GPU上实现大量干涉数据的实时处理;提出一种基于分组迭代的自回归模型优化求解算法,实现高分辨率谱复原中模型参数的快速估计。另外,本文完成了光谱复原并行算法的嵌入式系统移植,使得光谱复原更加便捷和灵活。论文的研究内容如下:1、针对频谱具有稀疏特性的干涉信号,本文提出一种基于稀疏傅里叶变换的光谱复原算法,进一步提升了复原速度。该算法充分利用信号频域的稀疏特性,按照相应的映射规则将信号的大值频点映射到一组桶中,并将每个大值频点分离出来,信号由长序列变成短序列,然后进行傅里叶变换,通过设计相应的恢复规则,重建信号的原始频谱。实验表明,基于稀疏傅里叶变换实现光谱稀疏复原的算法运行时间为0.524ms,几乎是傅里叶变换所需时间的一半。2、为了更快地实现对大批量干涉数据的处理,满足实时性处理的要求,本文提出一种高性能并行处理的光谱复原算法,基于GPU技术实现对海量干涉数据的处理。光谱复原并行算法主要包括:（1）去除干涉条纹的趋势项部分,基于最小二乘法,提出一种QR分解和矩阵求逆的并行迭代求解算法;（2）切趾部分,实现了在GPU上利用多线程进行干涉序列的并行切趾;（3）相位校正部分,提出一种并行乘积法用于相位校正;（4）傅里叶变换部分,采用并行计算库CUFFT中的并行快速傅里叶变换实现干涉光谱复原。针对递推的迭代算法,本文提出一种基于多核和单核的光谱复原处理模式。通过对任务在GPU上进行合理划分,打破数据间的依赖关系,复原算法的性能得到进一步提高。在批量数据处理中,本文进一步简化光谱复原的数据处理过程。仿真实验中,并行处理算法的运行时间约为0.332ms,相比串行处理算法,性能提高了近70%,且并行算法在批量数据处理方面的性能远高于传统串行复原算法。对实际采集到的一帧图像中约26万个干涉向量,在GPU上复原速度相比CPU提高了1000多倍。3、在高分辨率光谱复原算法中,针对模型的求解复杂性问题,本文提出一种基于分组迭代的自回归模型并行优化求解算法,并利用GPU技术实现对自回归模型参数的并行迭代快速求解。并行求解算法既保留了现代谱估计技术中复原光谱具有高分辨率的特点,又提升了模型参数的估计效率。同时本文将提出的并行求解方案用于批量处理中,并针对GPU具有重叠结构的特点,设计一种干涉数据异步并行处理方式。实验结果显示,模型并行求解算法的运行时间比传统串行算法缩短了约70%,高分辨率光谱复原中批量处理的性能提高近10倍,异步并行方式使并行算法的运行效率进一步提升15%到20%。4、为了对光谱复原并行算法进一步扩展,本文实现干涉光谱复原并行算法的嵌入式系统移植,使得光谱复原处理过程更加便捷和灵活。嵌入式系统基于NVIDIA Jetson TX2开发板,通过设定开发板的工作模式,确定并行算法运行的工作频率。合理分配线程和内存等资源,对任务进一步划分和优化,在开发板上并行算法的运行速率得到进一步提高。实验分别测试了在五种工作频率下并行算法的运行时间,并将其与串行算法在开发板CPU集群上的运行时间进行了对比。结果表明在工作模式0下并行算法的性能最高,在嵌入式GPU上并行算法的运算时间也远低于在开发板CPU集群上串行算法的运行时间。对于1000组同样的数据,优化的并行处理算法在PC机上的运行时间为2.925ms,而在嵌入式上运行时间为3.331ms。嵌入式系统的优化处理性能接近PC机。
张弩[10]（2019）在《Sagnac干涉傅里叶变换光谱仪设计及若干关键问题研究》文中研究指明傅里叶变换光谱仪是光谱仪器中的一个重要分支,具有光谱精度高、光通量大等诸多优势,傅里叶变换光谱仪在物质鉴别、航空遥感、大气环境监测等方面有着重要的应用。Sagnac干涉型是静态傅里叶变换光谱仪中的一种重要类型,研究Sagnac干涉傅里叶变换光谱仪的结构设计、光谱复原流程以及关键性能参数对于进一步提高光谱仪的测量精度,减小误差并且提高复原光谱精度有重要的意义。Sagnac干涉傅里叶变换光谱仪在实际的应用过程中,存在有光谱重构精度不高,波数误差较大,谱强度失真等问题,因此有必要对这些问题进行研究。本文在对傅里叶变换光谱仪的背景原理进行分析的基础上对Sagnac干涉傅里叶变换光谱仪进行了系统设计,对光谱仪进行了光学系统设计和光谱复原流程设计,根据技术指标确定光谱仪相关硬件参数并使用MATLAB软件编写相关数据处理代码。根据设计方案搭建光谱仪并进行光谱复原以及光谱定标工作,并对不同类型的光源展开实验,对所获得的复原光谱进行了分析与研究。对傅里叶变换光谱仪系统中光谱仪的分辨率和信噪比以及干涉仪的剪切距这三个关键指标进行了深入研究,分析了光谱仪的分辨率和信噪比,讨论了干涉仪的剪切距对于分辨率的影响,并提出添加道威棱镜的方式对剪切距进行调节。实验结果表明,所设计的光谱仪能够较好的复原出光谱,达到了设计要求。
二、静止型傅里叶变换成像光谱仪技术的发展（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、静止型傅里叶变换成像光谱仪技术的发展（论文提纲范文）
（1）红外双谱段傅里叶变换成像光谱仪光学系统理论及关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 引言 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 成像光谱技术 |
| 1.2.1 时间调制型傅里叶变换成像光谱仪 |
| 1.2.2 空间调制型傅里叶变换成像光谱仪 |
| 1.2.3 时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪 |
| 1.3 论文的主要研究内容和结构安排 |
| 第2章 傅里叶变换成像光谱仪理论基础 |
| 2.1 光的干涉原理 |
| 2.1.1 单色光干涉 |
| 2.1.2 复色光干涉 |
| 2.2 Michelson干涉仪 |
| 2.3 傅里叶变换成像光谱仪分辨率 |
| 2.3.1 空间分辨率 |
| 2.3.2 光谱分辨率 |
| 2.4 采样定理 |
| 2.4.1 经典采样 |
| 2.4.2 窄带信号采样 |
| 2.5 干涉图采样方式 |
| 2.5.1 单边采样 |
| 2.5.2 双边采样 |
| 2.6 红外探测器 |
| 2.7 红外光学材料 |
| 2.8 信噪比 |
| 2.8.1 仪器SNR |
| 2.8.2 干涉图SNR和光谱SNR |
| 2.9 本章小结 |
| 第3章 双谱段、双干涉通道TSMIFTS总体分析 |
| 3.1 系统基本原理 |
| 3.2 TSMIFTS主要技术指标 |
| 3.2.1 总体参数设计 |
| 3.2.2 红外探测器选型 |
| 3.2.3 干涉通道分析 |
| 3.2.4 成像通道分析 |
| 3.3 像差分析 |
| 3.3.1 前置共口径望系统 |
| 3.3.2 分束系统 |
| 3.3.3 共口径消色差设计 |
| 3.3.4 中继成像系统 |
| 3.3.5 离焦 |
| 3.4 空间布局方案设计 |
| 3.5 杂散光 |
| 3.5.1 成像光谱仪杂散光来源 |
| 3.5.2 杂散光评价标准 |
| 3.5.3 杂散光抑制方法 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 光学系统设计与性能评估 |
| 4.1 光学设计 |
| 4.1.1 前置共口径望远镜光学设计与像质评价 |
| 4.1.2 中、长波中继成像系统光学设计与像质评价 |
| 4.1.3 中、长波整体光学系统拼接、优化及像质评价 |
| 4.2 物理光学分析 |
| 4.3 公差分析 |
| 4.3.1 成像系统公差分析 |
| 4.3.2 干涉系统公差分析 |
| 4.3.3 切换反射镜复位误差 |
| 4.4 采样误差分析 |
| 4.4.1 基线校正 |
| 4.4.2 切趾 |
| 4.5 杂散光分析 |
| 4.6 成像光谱仪机械结构设计 |
| 4.6.1 分系统设计 |
| 4.6.2 成像光谱仪主体结构设计 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 TSMIFTS集成与测试 |
| 5.1 器件测试和分系统集成 |
| 5.1.1 阶梯微反射镜 |
| 5.1.2 成像系统集成 |
| 5.1.3 干涉系统校准 |
| 5.2 TSMIFTS整机装配 |
| 5.3 TSMIFTS性能评估 |
| 5.3.1 空间分辨率 |
| 5.3.2 外场成像 |
| 5.3.3 光谱分辨率 |
| 5.3.4 仪器信噪比 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）基于多级阶梯微反射镜的傅里叶变换成像光谱仪红外图谱信息处理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景和意义 |
| 1.2 傅里叶变换成像光谱仪研究进展 |
| 1.3 傅里叶变换成像光谱仪图谱信息处理研究进展 |
| 1.3.1 通用类傅里叶变换成像光谱仪图谱信息处理技术 |
| 1.3.2 专用类傅里叶变换成像光谱仪图谱信息处理技术 |
| 1.4 论文主要内容和结构安排 |
| 1.4.1 论文工作的主要内容 |
| 1.4.2 论文的结构安排 |
| 第2章 基于多级阶梯微反射镜的IFTS原理 |
| 2.1 时间相干原理 |
| 2.1.1 单色光干涉 |
| 2.1.2 复色光干涉 |
| 2.2 傅里叶变换光谱学基础 |
| 2.2.1 Nyquist-Shannon采样定理 |
| 2.2.2 离散傅里叶变换 |
| 2.2.3 快速傅里叶变换 |
| 2.3 基于多级阶梯微反射镜的IFTS |
| 2.3.1 基于多级阶梯微反射镜的IFTS结构及工作原理 |
| 2.3.2 基于多级阶梯微反射镜的IFTS基本参数 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 基于多级阶梯微反射镜的IFTS图谱信息重建 |
| 3.1 基于多级阶梯微反射镜的IFTS图谱信息重建基本流程 |
| 3.2 场景图像重建 |
| 3.2.1 干涉图像单元提取 |
| 3.2.2 干涉图像单元拼接 |
| 3.2.3 场景图像融合 |
| 3.3 目标光谱重建 |
| 3.3.1 通用干涉数据处理 |
| 3.3.2 空域非均匀光程差采样校正 |
| 3.4 外场实验验证 |
| 3.4.1 外场成像实验平台搭建 |
| 3.4.2 外场实验结果:场景图像信息重建 |
| 3.4.3 外场实验结果:目标光谱信息重建 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 基于多级阶梯微反射镜的IFTS光谱辐射标定 |
| 4.1 干涉核心系统误差分析 |
| 4.1.1 倾斜误差 |
| 4.1.2 斜率误差 |
| 4.1.3 旋转误差 |
| 4.1.4 系统误差传递模型 |
| 4.2 光谱辐射标定 |
| 4.2.1 相对辐射标定 |
| 4.2.2 光谱波数标定 |
| 4.2.3 绝对辐射标定 |
| 4.3 光谱辐射标定实验 |
| 4.3.1 相对辐射标定实验 |
| 4.3.2 光谱波数标定实验 |
| 4.3.3 绝对辐射标定实验 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 基于多级阶梯微反射镜的IFTS性能评估 |
| 5.1 空间分辨率 |
| 5.1.1 SIFTS理论空间分辨率 |
| 5.1.2 SIFTS空间分辨率的实际测定 |
| 5.2 光谱分辨率 |
| 5.2.1 SIFTS理论光谱分辨率 |
| 5.2.2 SIFTS光谱分辨率的实际测定 |
| 5.3 信噪比 |
| 5.3.1 SIFTS理论干涉图信噪比 |
| 5.3.2 SIFTS理论光谱信噪比 |
| 5.3.3 SIFTS信噪比测量实验 |
| 5.4 定性识别及定量分析 |
| 5.4.1 定性识别 |
| 5.4.2 定量分析 |
| 5.5 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 创新 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）红外双波段光谱成像系统设计与分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 成像光谱仪的国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 论文的主要内容 |
| 第2章 成像光谱仪的工作原理 |
| 2.1 成像光谱仪的工作原理及主要性能参数 |
| 2.1.1 成像光谱仪的基本工作原理 |
| 2.1.2 成像光谱仪的主要性能参数 |
| 2.2 成像光谱仪的分类 |
| 2.2.1 按工作波段分类 |
| 2.2.2 按光谱分辨率分类 |
| 2.2.3 按分光原理分类 |
| 2.2.4 按空间维信息获取方式分类 |
| 第3章 红外双波段成像光谱仪分光结构的分析 |
| 3.1 红外双波段成像光谱仪分光系统结构型式 |
| 3.1.1 部分共光路型分光系统 |
| 3.1.2 完全共光路型分光系统 |
| 3.2 分光元件的选取 |
| 3.3 红外双波段成像光谱仪衍射级次分析 |
| 3.3.1 红外双波段单衍射级次设计 |
| 3.3.2 红外双波段双衍射级次设计 |
| 3.4 凸面光栅的衍射效率分析 |
| 3.4.1 凸面光栅衍射效率的计算方法 |
| 3.4.2 红外双波段成像光谱仪衍射效率的计算与分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 红外双波段成像光谱仪光学系统的设计与分析 |
| 4.1 红外双波段成像光谱仪的参数与组成 |
| 4.1.1 红外双波段成像光谱仪的设计参数 |
| 4.1.2 红外双波段成像光谱仪的组成 |
| 4.2 红外双波段成像光谱仪的像质评价方式 |
| 4.2.1 点列图 |
| 4.2.2 调制传递函数 |
| 4.2.3 包围圆能量曲线 |
| 4.3 红外双波段成像光谱仪前置望远物镜系统的设计 |
| 4.3.1 前置离轴两反望远物镜系统初始结构的设计与优化 |
| 4.3.2 前置离轴两反望远物镜系统的像质评价 |
| 4.3.3 前置离轴两反望远物镜系统的公差分析 |
| 4.4 红外双波段成像光谱仪光谱分光系统的设计与分析 |
| 4.4.1 光谱分光系统初始结构设计 |
| 4.4.2 光谱分光系统的设计结果与像质评价 |
| 4.4.3 光谱分光系统的公差分析 |
| 4.5 红外双波段成像光谱仪中继系统设计 |
| 4.5.1 中继系统初始结构设计 |
| 4.5.2 中继系统的优化结果与像质评价 |
| 4.5.3 中继系统的公差分析 |
| 4.6 红外双波段成像光谱仪整体光学系统的像质评价 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（4）基于光机热集成分析的空间低温红外光谱仪研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源与研究的意义 |
| 1.2 低温红外光谱仪研究现状 |
| 1.2.1 国外低温红外光谱仪研究现状 |
| 1.2.2 国内低温红外光谱仪研究现状 |
| 1.3 光机热集成分析的研究现状 |
| 1.3.1 国外光机热集成分析研究现状 |
| 1.3.2 国内光机热集成分析研究现状 |
| 1.3.3 光机热集成分析研究现状总结 |
| 1.4 主要研究内容与结构安排 |
| 1.4.1 论文主要研究内容 |
| 1.4.2 论文结构安排 |
| 第2章 光机热集成分析方法设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光机热集成分析过程 |
| 2.2.1 热分析模型 |
| 2.2.2 结构分析模型 |
| 2.2.3 光学分析模型 |
| 2.3 光机集成分析刚体位移面形误差处理方法 |
| 2.3.1 光学顶点坐标系 |
| 2.3.2 镜面刚体位移定义 |
| 2.3.3 镜面刚体位移计算方法 |
| 2.4 镜面变形误差建模方法 |
| 2.4.1 镜面变形表示方法 |
| 2.4.2 泽尼克多项式拟合方法 |
| 2.5 光机接口验证方法 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 棱镜温度梯度、应力光机热集成分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 棱镜材料热光学系数影响分析 |
| 3.2.1 热光学系数公式 |
| 3.2.2 棱镜内部温度插值计算方法 |
| 3.2.3 棱镜内部光路计算方法 |
| 3.2.4 棱镜内部热光学系数光程差计算 |
| 3.3 棱镜材料应力光学系数影响分析 |
| 3.3.1 应力光学系数 |
| 3.3.2 应力光学系数对折射率变化计算 |
| 3.3.3 应力光学系数光程差计算 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 低温红外光谱仪整机设计与光机热集成分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 低温红外光谱仪光学设计 |
| 4.3 低温红外光谱仪结构设计 |
| 4.3.1 中波红外光谱仪反射镜结构设计 |
| 4.3.2 中波红外光谱仪棱镜组件结构设计 |
| 4.3.3 探测器与狭缝组件 |
| 4.4 光机热集成分析对光学性能的影响 |
| 4.4.1 热分析结果 |
| 4.4.2 结构有限元分析结果 |
| 4.4.3 光学分析结果 |
| 4.5 材料线膨胀系数变化对光谱仪性能影响灵敏度分析 |
| 4.5.1 材料线膨胀系数对光学元件面形的影响分析 |
| 4.5.2 材料线膨胀系数对系统焦距影响分析 |
| 4.6 低温红外光谱仪热控设计及验证 |
| 4.6.1 低温红外光谱仪热控设计 |
| 4.6.2 低温红外光谱仪稳态光学性能 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 低温红外光谱仪集成与试验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 中波红外光谱仪装调 |
| 5.2.1 碳纤维桁架装配 |
| 5.2.2 主三镜结构装配 |
| 5.2.3 曲面棱镜组件加工装配 |
| 5.2.4 光学元件定心装配 |
| 5.2.5 探测器组件装配 |
| 5.3 红外光谱仪常温测试 |
| 5.3.1 红外光谱仪常温传函测试 |
| 5.3.2 红外光谱仪常温光谱分辨率测试 |
| 5.3.3 红外光谱仪倾斜狭缝常温测试 |
| 5.4 红外光谱仪低温测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 论文研究成果 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（5）航空摆扫式成像光谱仪成像质量研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.1.1 高光谱成像技术 |
| 1.1.2 机载高光谱成像仪的成像方式 |
| 1.1.3 机载成像光谱仪的应用 |
| 1.1.4 本课题研究的意义 |
| 1.2 机载高光谱成像仪的研究进展 |
| 1.2.1 国外研究进展 |
| 1.2.2 国内研究进展 |
| 1.3 国内外成像质量相关领域的研究现状 |
| 1.3.1 成像系统像移量的计算 |
| 1.3.2 像移对调制传递函数的影响 |
| 1.4 研究现状总结 |
| 1.5 本文研究内容和章节安排 |
| 第2章 成像质量研究相关理论基础 |
| 2.1 动态光学理论 |
| 2.1.1 齐次坐标变换 |
| 2.1.2 三维图形的位置变换 |
| 2.1.3 光的反射与折射 |
| 2.1.4 动态成像关系 |
| 2.2 光学系统的调制传递函数 |
| 2.2.1 MTF的相关理论 |
| 2.2.2 MTF的测量方法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 航空摆扫式成像光谱仪的总体方案 |
| 3.1 机载成像光谱仪的应用需求 |
| 3.2 扫描光谱仪的总体方案 |
| 3.3 光学系统的方案 |
| 3.3.1 望远镜设计 |
| 3.3.2 准直镜设计 |
| 3.3.3 分光系统设计 |
| 3.4 摆扫成像方案 |
| 3.4.1 折转镜设计 |
| 3.4.2 旋转三面镜设计 |
| 3.5 动态成像过程分析 |
| 3.5.1 摆扫成像的地面轨迹 |
| 3.5.2 摆扫过程中的像元畸变分析 |
| 3.5.3 图像拼接过程中地面像元的对应关系 |
| 3.5.4 误差对图像拼接的影响分析 |
| 3.6 设计方案的优势 |
| 3.6.1 信噪比计算 |
| 3.6.2 单点扫描的优势 |
| 3.7 光谱仪设计方案的总结 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 航空摆扫式成像光谱仪像移计算和误差分配 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 坐标系定义 |
| 4.3 成像链路模型的建立 |
| 4.4 航空成像光谱仪的误差项 |
| 4.4.1 飞机高程误差以及飞行速度误差 |
| 4.4.2 稳定平台补偿精度 |
| 4.4.3 三面镜摆扫速度误差 |
| 4.4.4 三面镜加工装调误差 |
| 4.5 计算像点位移 |
| 4.6 三面镜加工装调误差对像移量的影响 |
| 4.7 蒙特卡洛法仿真 |
| 4.7.1 蒙特卡洛法的基本思想 |
| 4.7.2 基于系统指标的误差分配 |
| 4.7.3 MATLAB仿真 |
| 4.8 基于光学设计的验证实验 |
| 4.9 本章小结 |
| 第5章 复杂像移情况下系统调制传递函数的计算 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 通用的MTF计算模型 |
| 5.3 单一运动形式像移对MTF的影响分析 |
| 5.3.1 线性运动 |
| 5.3.2 正弦像移 |
| 5.4 复杂像移对MTF的影响分析 |
| 5.5 复杂像移下MTF的数值解分析 |
| 5.5.1 数值解产生的截断误差的分析 |
| 5.5.2 像移运动各参数对MTF的影响 |
| 5.6 软件仿真实验 |
| 5.6.1 仿真方法 |
| 5.6.2 仿真结果 |
| 5.7 验证实验 |
| 5.8 光谱仪图像拼接过程中的MTF变化 |
| 5.9 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 研究工作总结 |
| 6.2 创新点说明 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）空间外差成像光谱仪图谱重构算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 研究背景及意义 |
| §1.2 国内外发展现状 |
| §1.2.1 干涉成像光谱技术的发展与应用现状 |
| §1.2.2 空间外差光谱技术的发展与应用现状 |
| §1.3 论文的主要内容 |
| §1.3.1 研究内容与研究方案 |
| §1.3.2 章节安排 |
| 第二章 空间外差扫描成像光谱技术 |
| §2.1 干涉光谱理论 |
| §2.2 空间外差光谱技术 |
| §2.2.1 空间外差实现原理 |
| §2.2.2 空间外差光谱基本理论 |
| §2.2.3 空间外差光谱技术的特点 |
| §2.2.4 空间外差光谱仪分类 |
| §2.3 空间外差扫描成像技术 |
| §2.3.1 扫描成像方式分类 |
| §2.3.2 扫描成像原理 |
| §2.3.3 系统光程差分析 |
| §2.4 本章小结 |
| 第三章 空间外差扫描成像模拟仿真 |
| §3.1基于MATLAB软件仿真实例 |
| §3.1.1 空间外差光谱仪仿真参数计算 |
| §3.1.2 二维仿真干涉图 |
| §3.1.3 光谱图复原 |
| §3.2 ZEMAX建模与仿真 |
| §3.2.1 ZEMAX软件简介 |
| §3.2.2 系统设计 |
| §3.2.3 空间外差扫描成像仿真实验 |
| §3.3 本章小结 |
| 第四章 空间外差扫描成像图谱重构算法 |
| §4.1 图谱重构算法的基本步骤 |
| §4.2 干涉图像序列数据预处理 |
| §4.2.1 原始干涉图像 |
| §4.2.2 图像暗电流校正 |
| §4.3 干涉图像配准 |
| §4.4 点干涉图重采样 |
| §4.5 完整干涉图数据处理 |
| §4.5.1 干涉图去基线 |
| §4.5.2 干涉图切趾 |
| §4.5.3 干涉图相位校正 |
| §4.5.4 干涉图旋滤波 |
| §4.6 光谱复原 |
| §4.6.1 傅里叶变换处理 |
| §4.6.2 光谱定标 |
| §4.7 图谱数据立方体 |
| §4.8 本章小结 |
| 第五章 空间外差扫描成像图谱重构实验及误差分析 |
| §5.1 空间外差扫描成像实验平台 |
| §5.1.1 高精度位移扫描平台 |
| §5.1.2 空间外差光谱仪 |
| §5.2 空间外差扫描成像实验 |
| §5.2.1 钾灯光源实验 |
| §5.2.2 氙灯光源实验 |
| §5.2.3 钨丝灯光源实验 |
| §5.3 实测图谱数据立方体 |
| §5.4 图谱重构算法中的误差分析 |
| §5.4.1 扫描平台位移误差 |
| §5.4.2 CCD噪声 |
| §5.5 图谱重构算法图形化操作界面设计 |
| §5.6 本章小结 |
| 总结与展望 |
| §6.1 总结 |
| §6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者在攻读硕士期间的主要研究成果 |
（7）快照式紧凑型光谱成像关键技术及临床应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.1.1 光谱成像技术的意义 |
| 1.1.2 快照光谱成像技术 |
| 1.2 快照光谱成像技术发展现状 |
| 1.2.1 直接型快照光谱成像技术 |
| 1.2.2 计算型快照光谱成像技术 |
| 1.2.3 快照光谱成像技术发展趋向 |
| 1.3 系统性红斑狼疮临床诊断现状 |
| 1.4 本领域存在的关键技术问题和科学问题 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第2章 快照式紧凑型傅里叶变换光谱成像仪原理及样机搭建 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 快照式傅里叶变换光谱成像基本原理 |
| 2.2.1 傅里叶变换光谱技术理论基础 |
| 2.2.2 偏振干涉光谱成像理论基础 |
| 2.2.3 快照式傅里叶变换光谱成像技术基本原理 |
| 2.3 快照式紧凑型傅里叶变换光谱成像仪光机结构设计 |
| 2.3.1 前置光学系统设计 |
| 2.3.2 双沃拉斯顿棱镜结构设计 |
| 2.3.3 样机集成 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 对比度增强超分辨全色图像重建方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 多图像超分辨重建 |
| 3.2.1 快照式傅里叶变换光谱成像干涉子图特性 |
| 3.2.2 基于最大后验概率的图像超分辨 |
| 3.3 图像对比度增强 |
| 3.4 对比度增强超分辨卷积神经网络 |
| 3.4.1 网络结构设计 |
| 3.4.2 网络的训练 |
| 3.4.3 超分辨图像重建质量评价标准 |
| 3.5 全色图像重建实验 |
| 3.5.1 参与训练的子图数量的影响 |
| 3.5.2 参与训练的图像数量的影响 |
| 3.5.3 图像的放大倍率的影响 |
| 3.5.4 不同照明光源的影响 |
| 3.5.5 本文方法与现有技术的比较 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 面向并行化处理的光谱重建方案 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 光谱重建算法及其并行处理方案设计 |
| 4.3 并行化配准方法设计 |
| 4.3.1 基于模板的并行化配准方法 |
| 4.3.2 配准点自动提取 |
| 4.3.3 变换模型设计 |
| 4.3.4 并行化快速配准结果 |
| 4.4 并行化光谱重建 |
| 4.5 仪器标定及性能测试 |
| 4.5.1 标定过程 |
| 4.5.2 样机性能测试 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于快照式紧凑型光谱成像的SLE病情非侵入监测 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 快照式紧凑型光谱成像技术应用于临床监测的优势 |
| 5.3 基于皮肤光谱特性的SLE疾病活跃性非侵入监测方法 |
| 5.3.1 皮肤的光学特性 |
| 5.3.2 SLE疾病活跃程度非侵入监测方法 |
| 5.4 皮损光谱数据收集及皮损严重程度评级 |
| 5.4.1 数据收集 |
| 5.4.2 皮损严重程度人工评级 |
| 5.5 实验结果 |
| 5.5.1 目视评级与病情活跃指数 |
| 5.5.2 主要指标与光谱数据联系 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的论文及其他成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（8）傅里叶变换高光谱成像复原方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 傅里叶变换光谱仪 |
| 1.2.2 光谱复原数据处理 |
| 1.3 论文的主要研究内容 |
| 2 光谱成像系统的基本原理 |
| 2.1 傅里叶光谱学理论 |
| 2.1.1 基本原理 |
| 2.1.2 干涉信号采样 |
| 2.1.3 光谱复原的基本流程 |
| 2.2 基于Savart横向剪切器的双折射偏振干涉成像系统 |
| 2.2.1 干涉成像系统 |
| 2.2.2 光程差非线性分析 |
| 2.2.3 系统光程差计算方法 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 干涉图像配准算法 |
| 3.1 快速高精度配准算法理论基础 |
| 3.1.1 边缘提取算法 |
| 3.1.2 图像亚像素级配准算法 |
| 3.1.3 局部矩阵乘法 |
| 3.2 快速高精度配准算法流程 |
| 3.3 算法性能分析和实验仿真 |
| 3.3.1 图像预处理 |
| 3.3.2 算法的性能分析 |
| 3.3.3 算法运算效率分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 傅里叶变换光谱复原算法 |
| 4.1 干涉信号去趋势项 |
| 4.2 干涉信号切趾 |
| 4.3 干涉信号相位校正 |
| 4.3.2 相位校正方法 |
| 4.3.3 算法的实现与改进 |
| 4.3.4 实验仿真与算法分析 |
| 4.4 非均匀快速傅里叶变换光谱复原算法 |
| 4.4.1 非均匀傅里叶变换理论 |
| 4.4.2 非均匀离散傅里叶变换的计算方法 |
| 4.4.3 非均匀快速傅里叶变换 |
| 4.4.4 实验仿真和误差分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 系统实验与分析 |
| 5.1 系统装调与光谱定标 |
| 5.1.1 系统装调和测试 |
| 5.1.2 光谱定标 |
| 5.1.3 光谱分辨率测试 |
| 5.2 实验测试与结果分析 |
| 5.2.1 图像配准及结果分析 |
| 5.2.2 光谱复原及结果分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（9）干涉成像光谱仪高精度光谱复原与快速处理技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 英文缩略词说明 |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外发展现状 |
| 1.2.1 干涉成像光谱技术发展现状 |
| 1.2.2 干涉数据处理发展现状 |
| 1.2.3 高分辨率干涉光谱复原算法发展现状 |
| 1.2.4 高性能并行计算技术发展现状 |
| 1.3 研究目标与内容 |
| 1.3.1 研究目标 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 1.4 创新之处 |
| 1.5 论文的组织结构 |
| 第2章 干涉成像光谱复原技术简述 |
| 2.1 数据立方体 |
| 2.2 干涉成像基本理论 |
| 2.3 现代谱估计技术 |
| 2.3.1 多重信号分类算法 |
| 2.3.2 自回归模型 |
| 2.4 光谱相似性度量 |
| 2.4.1 均方根误差 |
| 2.4.2 峰值信噪比 |
| 2.4.3 光谱角测度 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于稀疏傅里叶变换的干涉光谱复原 |
| 3.1 约束准则 |
| 3.2 稀疏傅里叶变换算法框架 |
| 3.2.1 频率桶化 |
| 3.2.2 频点估计 |
| 3.2.3 碰撞分解 |
| 3.3 算法步骤 |
| 3.3.1 频谱重排 |
| 3.3.2 平坦滤波器的设计 |
| 3.3.3 频域下采样 |
| 3.3.4 重构规则 |
| 3.4 实验 |
| 3.4.1 实验一:复原相似度分析 |
| 3.4.2 实验二:实际复原结果 |
| 3.4.3 实验三:算法对比 |
| 3.4.4 实验四:算法各部分时间分配 |
| 3.4.5 实验五:大数据量下稀疏傅里叶变换和傅里叶变换对比 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 高精度光谱复原及其并行处理算法 |
| 4.1 高精度光谱复原处理流程 |
| 4.1.1 趋势项去除 |
| 4.1.2 切趾技术 |
| 4.1.3 相位校正和傅里叶变换 |
| 4.2 光谱复原并行处理算法 |
| 4.2.1 最小二乘法:QR分解 |
| 4.2.2 最小二乘法:矩阵求逆 |
| 4.2.3 切趾技术 |
| 4.2.4 Mertz乘积法相位校正与傅里叶变换 |
| 4.2.5 并行处理模式 |
| 4.3 实验 |
| 4.3.1 实验一:复原结果 |
| 4.3.2 实验二:算法时间分配 |
| 4.3.3 实验三:批处理上的算法对比 |
| 4.3.4 实验四:实际干涉数据光谱复原 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于高分辨率谱估计技术的光谱复原及其并行求解算法 |
| 5.1 自回归AR谱估计 |
| 5.1.1 Yule–Walker方程 |
| 5.1.2 最小二乘法 |
| 5.2 AR模型递推法及并行求解算法 |
| 5.2.1 Yule–Walker方程递推求解 |
| 5.2.2 并行Burg递推算法 |
| 5.2.3 流处理机制 |
| 5.2.4 性能分析 |
| 5.3 实验 |
| 5.3.1 实验一:复原结果 |
| 5.3.2 实验二:FFT与 Parallel Burg |
| 5.3.3 实验三:Burg与 P-Burg性能 |
| 5.3.4 实验四:批量处理 |
| 5.3.5 实验五:基于多流处理技术 |
| 5.3.6 实验六:实际应用 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 基于嵌入式系统的开发及并行算法验证 |
| 6.1 嵌入式系统 |
| 6.1.1 硬件描述 |
| 6.1.2 GPU |
| 6.1.3 CPU |
| 6.2 系统设置 |
| 6.2.1 前期准备 |
| 6.2.2 工作模式 |
| 6.3 嵌入式系统开发与光谱复原并行算法设计 |
| 6.4 实验 |
| 6.4.1 实验一:复原结果 |
| 6.4.2 实验二:不同工作模式下的批量处理 |
| 6.4.3 实验三:实际干涉数据光谱复原 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（10）Sagnac干涉傅里叶变换光谱仪设计及若干关键问题研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 傅里叶变换光谱仪的国内外发展现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 傅里叶变换光谱仪的结构与基本原理 |
| 2.1 傅里叶变换光谱仪的剪切原理 |
| 2.1.1 时间调制型傅里叶变换光谱仪 |
| 2.1.2 空间调制型傅里叶变换光谱仪 |
| 2.1.3 时空联合调制型傅里叶变换光谱仪 |
| 2.2 傅里叶变换光谱仪的基本原理 |
| 2.3 SAGNAC干涉仪的原理 |
| 第三章 傅里叶变换光谱仪的光学设计与光谱复原流程 |
| 3.1 系统设计 |
| 3.1.1 系统框架 |
| 3.1.2 设计指标及参数确定 |
| 3.2 光谱仪光学系统结构设计 |
| 3.2.1 前置光学系统 |
| 3.2.2 Sagnac干涉仪 |
| 3.3 成像系统 |
| 3.4 ZEMAX光学系统模拟 |
| 3.5 傅里叶变换光谱仪的光谱复原 |
| 3.5.1 趋势项校正 |
| 3.5.2 切趾 |
| 3.5.3 相位校正 |
| 3.5.4 快速傅里叶变换与光谱定标 |
| 第四章 傅里叶变换光谱仪的关键性能参数分析与研究 |
| 4.1 光谱仪的分辨率 |
| 4.2 干涉仪的剪切距 |
| 4.3 信噪比 |
| 第五章 SAGNAC干涉傅里叶变换光谱仪实验研究与分析 |
| 5.1 SAGNAC干涉傅里叶变换干涉光谱仪实验平台 |
| 5.1.1 实验平台搭建 |
| 5.1.2 实验装调 |
| 5.2 傅里叶变换光谱仪的光谱复原及相关参数 |
| 5.2.1 光谱复原及定标 |
| 5.2.2 相关仪器参数实验与分析 |
| 5.3不同光源的光谱实验 |
| 5.3.1 单色光源实验 |
| 5.3.2 线状谱光源实验 |
| 5.3.3 连续光谱光源实验 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 |
四、静止型傅里叶变换成像光谱仪技术的发展（论文参考文献）
- [1]红外双谱段傅里叶变换成像光谱仪光学系统理论及关键技术研究[D]. 任俊. 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), 2021
- [2]基于多级阶梯微反射镜的傅里叶变换成像光谱仪红外图谱信息处理研究[D]. 赵百轩. 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), 2021(01)
- [3]红外双波段光谱成像系统设计与分析[D]. 贾文波. 长春理工大学, 2021(02)
- [4]基于光机热集成分析的空间低温红外光谱仪研究[D]. 李诚良. 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), 2021(01)
- [5]航空摆扫式成像光谱仪成像质量研究[D]. 徐力智. 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), 2020(01)
- [6]空间外差成像光谱仪图谱重构算法研究[D]. 史新政. 桂林电子科技大学, 2020(02)
- [7]快照式紧凑型光谱成像关键技术及临床应用研究[D]. 张宇. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [8]傅里叶变换高光谱成像复原方法研究[D]. 卫明. 南京理工大学, 2020
- [9]干涉成像光谱仪高精度光谱复原与快速处理技术研究[D]. 张维康. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2019(05)
- [10]Sagnac干涉傅里叶变换光谱仪设计及若干关键问题研究[D]. 张弩. 合肥工业大学, 2019(01)
标签：成像光谱仪论文; 高光谱成像技术论文; 光谱分辨率论文; 傅里叶变换论文; 傅里叶红外光谱仪论文;