本文關(guān)鍵詞：基于DMD的編碼孔徑成像光譜儀關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 編碼孔徑 信噪比 圖譜混疊分析 編碼矩陣設(shè)計 硬件加速

【摘要】：編碼孔徑成像光譜技術(shù)不同于傳統(tǒng)的光機(jī)掃描式、推掃式成像光譜技術(shù),它利用多通道的優(yōu)勢來增大光通量,能夠在保證高光譜分辨率的前提下提高探測靈敏度和系統(tǒng)信噪比,是成像光譜領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。本文圍繞基于數(shù)字微鏡器件的編碼孔徑成像光譜系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)展開研究,主要研究內(nèi)容包括以下方面:(1)通過光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真建模完成了基于光線追跡的數(shù)字微鏡器件表面圖譜混疊分析。結(jié)合建模統(tǒng)計結(jié)果分析了譜線彎曲等畸變偏差的影響,提出2?2微鏡單元拼接的方法來進(jìn)行修正,并計算得到修正后的系統(tǒng)光譜分辨率。借助理論落點分布和高光譜圖像數(shù)據(jù)源合成了圖譜混疊仿真圖像,詳盡闡釋了編碼孔徑成像光譜系統(tǒng)由混疊中重構(gòu)恢復(fù)的工作機(jī)理。(2)在深入研究了單矩陣編碼的基礎(chǔ)上,將HN+/HN-雙矩陣編碼設(shè)計借鑒應(yīng)用到編碼孔徑成像光譜系統(tǒng)中,并推導(dǎo)得到其平均均方誤差性能公式。通過對系統(tǒng)各類噪聲分析后發(fā)現(xiàn)HN+/HN-雙矩陣設(shè)計具備比現(xiàn)有編碼矩陣更優(yōu)的信噪比性能表現(xiàn)。結(jié)合數(shù)字微鏡器件的結(jié)構(gòu)特點,本文提出了一種兼顧實時性和信噪比的編碼矩陣設(shè)計方法,其中包括SN單矩陣和HN+/HN-雙矩陣相結(jié)合的雙模式編碼方法,與共享復(fù)原處理資源的快速解碼算法。通過空間維編解碼仿真實驗驗證了新方法的信噪比和實時性優(yōu)勢。(3)完成了基于數(shù)字微鏡器件的編碼孔徑成像光譜儀樣機(jī)總體方案設(shè)計,并給出了電子學(xué)系統(tǒng)各組成部分的詳細(xì)設(shè)計,解決了異步信號跨時鐘域處理、并串轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸通路設(shè)計與存儲策略等重要技術(shù)問題,在此基礎(chǔ)上完成了原理樣機(jī)的搭建。通過加載顯示實驗驗證了所設(shè)計驅(qū)動邏輯的正確性和數(shù)據(jù)傳輸通路的有效性,同時計算結(jié)果表明樣機(jī)設(shè)計滿足系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集實時性要求和編碼模板數(shù)據(jù)存儲要求。(4)針對編碼孔徑成像光譜系統(tǒng)的實時性能瓶頸,本文提出了一種基于硬件加速技術(shù)的光譜復(fù)原數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計方法,其中包括異構(gòu)多核架構(gòu)下的高速總線傳輸設(shè)計,和流水線結(jié)構(gòu)下的快速哈達(dá)瑪變換算法設(shè)計。解碼復(fù)原實驗結(jié)果表明,本設(shè)計適用于新型嵌入式處理平臺,能夠顯著提升系統(tǒng)整體的實時性能。
【關(guān)鍵詞】：編碼孔徑 信噪比 圖譜混疊分析 編碼矩陣設(shè)計 硬件加速
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;TH744.1
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 1 緒論11-23
• 1.1 成像光譜技術(shù)11-15
• 1.1.1 成像光譜技術(shù)的意義11-13
• 1.1.2 成像光譜技術(shù)的分類13-15
• 1.2 編碼孔徑成像光譜技術(shù)15-20
• 1.2.1 國內(nèi)外發(fā)展情況15-19
• 1.2.2 編碼孔徑成像光譜系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)19-20
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排20-23
• 2 編碼孔徑成像光譜技術(shù)理論分析與仿真研究23-51
• 2.1 成像方式與信噪比23-29
• 2.1.1 光機(jī)掃描式23-24
• 2.1.2 推掃式24-25
• 2.1.3 基于編碼孔徑的凝視成像式25-29
• 2.2 光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵元件29-37
• 2.2.1 光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)29-30
• 2.2.2 衍射光柵30-31
• 2.2.3 DMD31-34
• 2.2.4 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果34-37
• 2.3 圖譜混疊分析37-41
• 2.4 光譜分辨率與譜線彎曲41-45
• 2.5 光譜定標(biāo)與模板定位45-50
• 2.6 本章小結(jié)50-51
• 3 編碼矩陣設(shè)計與信噪比分析51-81
• 3.1 編碼矩陣設(shè)計的優(yōu)良性準(zhǔn)則51-56
• 3.1.1 稱重設(shè)計原理51-52
• 3.1.2 優(yōu)良性準(zhǔn)則52-54
• 3.1.3 二值化方案比較54-56
• 3.2 單矩陣編碼56-63
• 3.2.1 對稱設(shè)計矩陣56-59
• 3.2.2 最大行列式矩陣59-61
• 3.2.3 Hadamard派生矩陣61-63
• 3.3 雙矩陣編碼63-68
• 3.4 基于DMD結(jié)構(gòu)特點的編碼矩陣設(shè)計68-74
• 3.4.1 動態(tài)范圍與編碼通道數(shù)擴(kuò)展68-70
• 3.4.2 快速Hadamard變換70-72
• 3.4.3 兼顧實時性和信噪比的編碼矩陣設(shè)計72-74
• 3.5 空間維編解碼仿真實驗74-78
• 3.6 本章小結(jié)78-81
• 4 基于DMD的編碼孔徑成像光譜儀樣機(jī)設(shè)計81-103
• 4.1 編碼孔徑成像光譜系統(tǒng)組成81-87
• 4.1.1 DMD驅(qū)動控制板82-83
• 4.1.2 上位機(jī)顯控終端83-85
• 4.1.3 探測器模塊85-87
• 4.1.4 光譜復(fù)原數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)87
• 4.2 DMD驅(qū)動邏輯設(shè)計87-96
• 4.2.1 模塊層次設(shè)計與行為描述87-90
• 4.2.2 邏輯設(shè)計要點與二值圖像顯示結(jié)果90-93
• 4.2.3 實時性分析與存儲量計算93-96
• 4.3 定標(biāo)模板數(shù)據(jù)傳輸通路設(shè)計96-100
• 4.3.1 USB接口96
• 4.3.2 存儲器控制器接口96-98
• 4.3.3 數(shù)據(jù)傳輸通路設(shè)計98-100
• 4.4 樣機(jī)成像實驗100-101
• 4.5 本章小結(jié)101-103
• 5 實時光譜復(fù)原技術(shù)研究103-115
• 5.1 硬件加速技術(shù)103-104
• 5.2 MPSoC嵌入式處理平臺104-106
• 5.2.1 嵌入式芯片比較104-105
• 5.2.2 Xilinx Zynq-7000 MPSoC105-106
• 5.3 光譜復(fù)原數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)106-111
• 5.3.1 基于異構(gòu)多核架構(gòu)的高速總線傳輸106-108
• 5.3.2 基于FHT的解碼復(fù)原設(shè)計108-111
• 5.4 硬件加速解碼復(fù)原實驗111-114
• 5.5 本章小結(jié)114-115
• 6 總結(jié)與展望115-117
• 6.1 總結(jié)115-116
• 6.2 展望116-117
• 參考文獻(xiàn)117-123
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果123-124

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：1014736