光波經(jīng)過毛玻璃、霧霾、生物組織等散射介質(zhì)時會發(fā)生散射,因此,基于“光沿直線傳播”理論的傳統(tǒng)成像方式在有散射介質(zhì)時無法實現(xiàn)對目標成像。針對這一問題,近年來提出的波前調(diào)制、圖像重建、散斑相關(guān)以及去卷積等透過散射介質(zhì)成像技術(shù)已經(jīng)取得了很大進展,然而,這些研究均致力于解決強散射環(huán)境中目標二維空間信息的獲取問題,對于同時獲取目標光譜輻射特性目前仍少有涉及。本文圍繞這一問題展開研究,提出了可與現(xiàn)有散射成像技術(shù)相結(jié)合的散射光譜分辨系統(tǒng)及光譜重建算法,具體研究內(nèi)容包括光譜散斑形成和光譜特性、散射光譜儀理論建模、光譜重建算法以及實驗系統(tǒng)組成和結(jié)果分析。本文從散射現(xiàn)象及光譜散斑的形成入手,重點介紹了自由空間傳播的反射與透射兩種光路中散斑分布,并針對散斑分布的光譜特性,進一步推導了散斑相關(guān)性與波長變化的不等式關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,對比傳統(tǒng)光譜儀分光原理及分辨能力計算方法,引入基于光譜到空間映射的散射光譜儀分光模式以及光譜相關(guān)函數(shù)。利用散射介質(zhì)的相位延遲特性及散射光譜儀光譜到空間映射理論,構(gòu)建光譜測量理論模型,并通過數(shù)值仿真標定光譜傳輸矩陣。結(jié)合光譜重建算法和非線性優(yōu)化算法對仿真模型的正確性進行了驗證,實現(xiàn)了對入... 

【文章來源】：西安電子科技大學陜西省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同顆粒尺寸對散射光分布影響

至更多次散射，該類散射被稱為多重散射，如光波通過生物組織、氧化鋅、云霧、渾濁水體等隨機散射介質(zhì)后會產(chǎn)生多重散射現(xiàn)象。圖2.2 單次散射及多次散射示意圖2.1.2 光譜散斑定義及起因自 20 世紀 60 年代激光器問世之后不久，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種十分奇怪的現(xiàn)象，當激光照明諸如紙張或墻面時，經(jīng)其反射在空間上會形成具有高對比度及細微尺寸的顆粒狀結(jié)構(gòu)，即散斑。由于激光相干性很高，當其照射在粗糙表面或通過不均勻的介質(zhì)時，測得的光強即會出現(xiàn)隨機分布的高度漲落[46,47]。日常生活中，相比于光波波長，多數(shù)材料表面都是粗糙的，其可以看作由大量無規(guī)則的隨機面元構(gòu)成[48,49,50]，每一個微小面元對觀測到的總光場提供了具有隨機相位的基元

若無單一復分量在求和中占據(jù)絕對優(yōu)勢，最終的求和結(jié)果具有隨機性。大量的隨機行走即構(gòu)成了顆粒狀結(jié)構(gòu)的散斑分布。圖2.3 隨機行走示意圖：(a)相長疊加；(b)相消疊加由于散斑具有隨機性、無空間參照性，其在全息干涉成像技術(shù)、合成孔徑雷達、相干層析技術(shù)以及生物醫(yī)學成像等領(lǐng)域[51-55]，均被視為一種相干噪聲，極大的限制了光學系統(tǒng)的分辨率及圖像的解譯性。長此以來，研究人員致力于抑制散斑效應的研究，提出了散斑噪聲抑制算法[56]、偏振抑制散斑對比度、漫射體時間平均法、減弱時間相干性和空間相干性[57]等方法以實現(xiàn)對散斑的抑制。以上提到的散斑均為傳統(tǒng)意義上的散斑，其本質(zhì)為激光照射到粗糙介質(zhì)表面或穿透混沌介質(zhì)后光波產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象，理論上采用非相干照明不會觀察到散斑分布。本文對傳統(tǒng)意義上的散斑定義進行了推廣，以便對本文中光學系統(tǒng)產(chǎn)生的隨機分布的顆粒狀分布進行更形象地描述。本文中所提及的全部“散斑”，是指光波照射到隨機介質(zhì)表面或穿透隨機散射介質(zhì)后，攜帶信息的光束在其表面或內(nèi)部發(fā)生散射，從而在空間上形成隨機分布的顆粒狀分布。2.2 散斑分布與光譜特性2.2.1 反射光路散斑分布散斑的強度分布依賴于入射光的波長。由于衍射角與波長成正比

【參考文獻】：
期刊論文
[1]光學全息的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 梁丹華,孫華燕.  裝備制造技術(shù). 2017(01)
[2]A colloidal quantum dot spectrometer[J].   Science Foundation in China. 2015(03)
[3]常見光譜儀的原理分析及性能比較[J]. 郝丑怡.  山西師范大學學報(自然科學版). 2013(S2)
[4]生物醫(yī)學光聲成像的研究進展[J]. 陶超,劉曉峻.  應用聲學. 2012(06)
[5]常規(guī)光譜儀器分光系統(tǒng)的比較[J]. 楊懷棟,陳科新,黃星月,何慶聲,金國藩.  光譜學與光譜分析. 2009(06)
[6]散斑噪聲抑制算法比較研究[J]. 蔣立輝,趙春暉,王騏.  激光與紅外. 2002(06)
[7]電子散斑干涉術(shù)[J]. 鄭光昭.  廣東工業(yè)大學學報. 2002(03)
[8]光學相干層析技術(shù)及其在生物醫(yī)學中的應用[J]. 王新宇,張春平,張連順,薛玲玲,張光寅.  光機電信息. 2001(09)

博士論文
[1]基于成像鏈分析的光譜成像系統(tǒng)設(shè)計方法研究[D]. 付強.中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所) 2012
[2]合成孔徑雷達圖像目標識別技術(shù)研究[D]. 胡利平.西安電子科技大學 2009

碩士論文
[1]基于LED照明的無透鏡散射成像方法研究[D]. 代偉佳.西安電子科技大學 2015
[2]基于模擬退火的譜反演方法研究[D]. 陳科.中國石油大學 2010



本文編號：3361552