【摘要】：光譜偏振成像技術(shù)是一種集目標空間二維圖像、光譜、偏振于一體的新型信息獲取和應(yīng)用技術(shù),該技術(shù)在光譜成像技術(shù)的基礎(chǔ)上,增加待測目標的偏振特性測量,多維信息的有效獲取使其在目標識別探測方面有著顯著優(yōu)勢,可廣泛應(yīng)用于軍事探測、醫(yī)療檢測和大氣環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。針對現(xiàn)有的光譜偏振成像測量技術(shù)存在不同程度的掃描及信息丟失椎體問題,論文提出強度調(diào)制技術(shù)和編碼孔徑光譜成像技術(shù)相結(jié)合的新型光譜偏振成像測量方法,實現(xiàn)在單次測量條件下獲取圖像的光譜偏振信息。本論文將主要從以下幾個方面來進行闡述研究。首先,以編碼孔徑光譜成像技術(shù)的核心壓縮感知理論出發(fā),詳細研究了壓縮感知的三個基本問題:稀疏表示、測量矩陣的選取和信號重構(gòu)。深入分析了編碼孔徑光譜成像系統(tǒng)的工作原理及性能,為進一步研究光譜偏振成像測量提供了堅實的理論基礎(chǔ)。其次,提出了基于強度調(diào)制的編碼孔徑光譜偏振成像測量新的技術(shù),在分析了光的偏振特性及其表示方法的基礎(chǔ)上,利用Stokes矢量表示法對強度調(diào)制原理進行推導(dǎo)分析,分別選用一個消色差1/4波片和一個多級相位延遲器或者兩個多級相位延遲器作為強度調(diào)制模塊核心,設(shè)計了兩套光譜偏振成像測量系統(tǒng),可分別實現(xiàn)斯托克斯參量S=[S_0、S_1、S_2、S_3]中前三參量及全部四參量的測量。對兩套系統(tǒng)的偏振光譜調(diào)制及調(diào)制光譜數(shù)據(jù)立方體壓縮編碼全過程進行建模,并對偏振光譜圖像重建進行理論分析,選用兩步迭代收縮閾值算法重構(gòu)光譜數(shù)據(jù)立方體,并對重構(gòu)調(diào)制光譜進行解調(diào)實現(xiàn)原Stokes參量的復(fù)原。最后,利用MATLAB開展了基于強度調(diào)制的編碼孔徑光譜偏振成像測量技術(shù)的算法模擬仿真,包括偏振調(diào)制過程,光譜圖像編碼壓縮過程,數(shù)據(jù)立方體的重構(gòu)過程及偏振光譜解調(diào)過程。得出的仿真結(jié)果表明:該偏振光譜成像測量技術(shù)具有高效獲取空間、光譜、偏振四維信息的能力,有效地驗證了編碼孔徑光譜偏振成像測量技術(shù)的可行性,為進一步搭建實驗系統(tǒng)提供理論依據(jù)。
【圖文】：

圖 1.1 光譜偏振成像數(shù)據(jù)立方體.2 光譜偏振成像技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀光譜偏振成像技術(shù)經(jīng)過 20 多年的技術(shù)發(fā)展，國外學(xué)者已經(jīng)研制出多種 SPI 成像系國內(nèi)對其該技術(shù)的研究起步較晚，目前也逐步從理論技術(shù)研究過渡到實際應(yīng)用階段。1992 年，美國國家航空航天局(NASA)研制出偏振光譜成像儀[36]，該 SPI 系統(tǒng)首次共線聲光可調(diào)濾光器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)與 CCD 聯(lián)合使用，并安裝文望遠鏡進行天文觀測，實現(xiàn)相互正交的光譜圖像同時獲取，該偏振光譜成像儀僅地表對目標進行觀測。1996 年，法國空間局研制出大視場偏振光譜成像儀器 POLDER(Polarization andectionality of the Earth Reflectance)[37-39]，其利用旋轉(zhuǎn)濾光片選取不同波長的光譜，通偏振片控制偏振方向，，進而獲取光譜偏振信息。PILDER 還有一顯著優(yōu)勢是其通過

圖 2.2 壓縮感知過程2.1.1 壓縮感知數(shù)學(xué)模型壓縮感知是通過原始信號在測量矩陣下投影降維，因此可以利用測量矩陣將此過程表示為一般的線性泛函問題。設(shè)一維長度為 N 的離散信號 x，(即 N×1 列向量)，并且該信號是 K 度稀疏，即 x 中有 K 個非零值，測量矩陣為Φ，大小為 M×N，則測量信號可用下式表示：y x(2.1)由上一節(jié)已知，自然信號 x 一般不是稀疏信號，因此我們先對信號進行稀疏化，這里令正交基矩陣為Ψ，大小為 N×N，則x s(2.2)式中，s 表示稀疏變換后的系數(shù)。將式(2.2)代入(2.1)，可以得到壓縮感知過程的完整數(shù)學(xué)式為：
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O436.3

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本文編號：2644989