【摘要】：成像光譜儀結(jié)合了照相機(jī)和光譜儀的功能,可以得到空間和光譜信息,有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。本文主要對(duì)數(shù)字微鏡DMD編碼的光譜成像系統(tǒng)進(jìn)行了研究,論文的主要研究工作及成果如下:1、介紹了成像光譜儀的應(yīng)用與分類,引出編碼方式的成像光譜儀;通過分析數(shù)字微鏡DMD編碼成像光譜儀的研究現(xiàn)狀,指出DMD編碼的主要方式:光譜編碼和空間編碼。2、分析了DMD兩種編碼方式的結(jié)構(gòu)與原理,仿真分析了DMD的二維衍射特性及對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響。結(jié)合編碼方式的特點(diǎn),先從雙光柵結(jié)構(gòu)的光譜編碼方式入手,設(shè)計(jì)了一套雙光柵光譜編碼成像系統(tǒng)。3、實(shí)現(xiàn)了基于哈達(dá)瑪變換的成像光譜儀,針對(duì)傳統(tǒng)標(biāo)定方法繁瑣、耗時(shí)、靈活性差,提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于圖像匹配的光譜標(biāo)定方法。該方法的優(yōu)點(diǎn):效率高,通過匹配計(jì)算得到DMD與CCD的相對(duì)物理位置,即使編碼模板改變也不需要重新標(biāo)定;精度高,對(duì)于像素不匹配造成的交錯(cuò)編碼點(diǎn),根據(jù)標(biāo)定位置計(jì)算灰度編碼值,代替原有的0-1編碼值,從而提高重建光譜精度。4、提出并實(shí)現(xiàn)了一種新的傅里葉壓縮光譜成像方法,不同于傳統(tǒng)傅里葉光譜成像采用干涉儀,這里采用DMD的正弦編碼實(shí)現(xiàn)光譜的傅里葉變換。該方法優(yōu)點(diǎn):基于光譜信息在傅里葉域的稀疏性,用少數(shù)幾次編碼測(cè)量即可重建光譜,較傳統(tǒng)的哈達(dá)瑪編碼成像光譜儀,測(cè)量效率大為提高;DMD編碼模板切換方便,易于得到不同的光譜分辨率;較傳統(tǒng)干涉式傅里葉變換,系統(tǒng)沒有移動(dòng)部件且解碼直接得到波長域的光譜。5、分析了壓縮感知快照式的光譜成像原理,快照方式可以僅一次編碼測(cè)量重建多光譜圖像,但空間質(zhì)量不如多次測(cè)量。提出結(jié)合濾光功能的微透鏡陣列,單次測(cè)量得到多個(gè)圖譜混疊圖像,這些圖像的空間分布類似但光譜信息不同,分波段解碼可以提高圖像質(zhì)量,并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。
【圖文】：

第 1 章 引言成像光譜儀概述人類借助光認(rèn)知世界主要有兩種方式，一是光學(xué)成像，二是光譜分析。可以得到物體的空間信息；光譜分析可以獲得物體的物理、化學(xué)性質(zhì)，事物的本質(zhì)。成像光譜儀是將成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合而成的，在空間特征信息的同時(shí)得到空間像元色散形成的光譜信息，得到的是三通常稱之為“數(shù)據(jù)立方體”。從數(shù)據(jù)立方體，可以提取每個(gè)波段的二維，也可提取每個(gè)空間像元的一維光譜曲線，如圖 1.1[1]。根據(jù)空間信息，我們可以得到被測(cè)物體的尺寸、大小等外在特征；根據(jù)，可以得到物體的內(nèi)在特性，，如物質(zhì)成分、含量等。因此，成像光譜儀物體的定位、定性、定量分析。

圖 1.2 成像光譜儀應(yīng)用舉例Figure 1.2 Application of spectral imaging成像光譜儀的應(yīng)用與光譜波段范圍有較大關(guān)系，根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)計(jì)時(shí)需選擇不同的波段范圍。常用的光譜范圍包括可見光、近紅外、中紅外等，不同波段的特性及應(yīng)用范圍如表 1.1。表 1.1 不同波段光譜特性與應(yīng)用Table 1.1 Features and applications for different wavebands光譜范圍 特點(diǎn) 應(yīng)用領(lǐng)域可見光（0.4-0.7μm）人眼視感范圍；輻射能量高；探測(cè)器技術(shù)成熟，光電轉(zhuǎn)換效率高顏色識(shí)別、色素檢測(cè)，印刷、紡織、食品等領(lǐng)域近紅外（0.7-2.5μm）較強(qiáng)的穿透能力；不需前處理，無損檢測(cè)；定量分析含氫基團(tuán)檢測(cè)：水分、酒精、血糖，藥物檢測(cè)分類等
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH744.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;玉兔號(hào)月球車[J];科學(xué)家;2016年18期

2 張東彥;宋曉宇;馬智宏;楊貴軍;黃文江;王紀(jì)華;;掃描成像光譜儀和地物光譜儀在單葉尺度上的對(duì)比研究[J];中國農(nóng)業(yè)科學(xué);2010年11期

3 ;成像光譜儀走向商品化[J];光機(jī)電信息;2006年11期

4 顧聚興;機(jī)載成像光譜儀的性能要求[J];紅外;2004年10期

5 高;成像光譜儀[J];紅外;2002年06期

6 沈鳴明,王建宇;實(shí)用機(jī)載成像光譜儀系統(tǒng)[J];紅外與毫米波學(xué)報(bào);1998年01期

7 張玉香,張廣順,邱康睦,王志強(qiáng),張立軍;機(jī)載成像光譜儀的外定標(biāo)方法[J];應(yīng)用氣象學(xué)報(bào);1998年04期

8 ;小型全反射成像光譜儀[J];光機(jī)電世界;1994年08期

9 高;機(jī)載多波段成像光譜儀[J];紅外;1994年12期

10 高;緊湊型全反射成像光譜儀[J];紅外;1994年12期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 李建華;薛峰;薛蓮;李志峰;劉佳琪;;紅外傅里葉變換成像光譜儀關(guān)鍵參數(shù)測(cè)試[A];2015光學(xué)精密工程論壇論文集[C];2015年

2 孟鑫;李建欣;劉立銀;朱日宏;;基于曲面棱鏡的小型色散成像光譜儀原理研究[A];第十五屆全國光學(xué)測(cè)試學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2014年

3 惲才興;韓震;;航空成像光譜儀在海岸帶的應(yīng)用試驗(yàn)[A];成像光譜技術(shù)與應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2002年

4 胥學(xué)榮;危峻;;可編程寬視場(chǎng)成像光譜儀[A];第六屆成像光譜技術(shù)與應(yīng)用研討會(huì)文集[C];2006年

5 張淳民;相里斌;趙葆常;袁艷;;偏振成像光譜儀中偏振化取向的允差偏角(英文)[A];大珩先生九十華誕文集暨中國光學(xué)學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2004年

6 馬吉蘋;鄭肇葆;童慶禧;鄭蘭芬;;成像光譜儀影像條紋噪聲檢測(cè)和平滑[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識(shí)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊(cè)）[C];2001年

7 趙慧潔;陶東興;賈國瑞;;月球車載成像光譜儀成像數(shù)據(jù)仿真及應(yīng)用[A];第十屆全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2012年

8 方抗美;;模塊化機(jī)載成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)[A];第六屆成像光譜技術(shù)與應(yīng)用研討會(huì)文集[C];2006年

9 季杭馨;;4米望遠(yuǎn)鏡成像光譜儀的設(shè)計(jì)[A];中國天文學(xué)會(huì)2017年學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集[C];2017年

10 楊慶華;周仁魁;趙葆常;;高分辨率時(shí)間調(diào)制傅氏變換成像光譜儀的關(guān)鍵技術(shù)[A];2009年西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2009年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 劉彥麗;508所 四維成像光譜儀技術(shù)獲突破[N];中國航天報(bào);2015年

2 田雪蓮 姚光明 武玲;借你一雙慧眼 靜觀地球變幻[N];中國國土資源報(bào);2017年

3 魏景云 張海東 蔡淑英;風(fēng)云三號(hào)成像光譜儀預(yù)研通過評(píng)估[N];中國氣象報(bào);2003年

4 本報(bào)記者 于劍南;浩瀚太空閃爍“長春智造”[N];長春日?qǐng)?bào);2016年

5 記者 王恩瑞　通訊員 相棟 武雅麗;我省初步建成航空衛(wèi)星地面立體遙感體系[N];山西日?qǐng)?bào);2010年

6 王建宇;積二十年探索創(chuàng)新之力 理論成果終成實(shí)用技術(shù)[N];文匯報(bào);2006年

7 本報(bào)記者 李平;科技創(chuàng)新成為找礦突破的利器[N];中國礦業(yè)報(bào);2016年

8 文龍 胡軍;張立福：用光譜觀測(cè)大地的人[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

9 時(shí)報(bào)記者 胡淼;新區(qū)打造中國“光電硅谷”[N];濱海時(shí)報(bào);2015年

10 通訊員 相棟　武雅麗;山西初步建成立體遙感體系[N];中國氣象報(bào);2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 馬翠;基于數(shù)字微鏡的編碼成像光譜儀的研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院);2018年

2 汪俊鋒;基于高光譜成像的地物三維模型重構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

3 毛靖華;高分辨率紫外可見成像光譜儀地面定標(biāo)技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心);2017年

4 陳立武;CE-1成像光譜儀工程化光學(xué)技術(shù)理論研究[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所）;2006年

5 宋昕;紫外臨邊成像光譜儀的熱控制技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2014年

6 劉洋;潛在目標(biāo)探測(cè)紫外傅立葉變換成像光譜儀研究[D];北京理工大學(xué);2014年

7 劉兵;小型化可見/近紅外寬波段實(shí)時(shí)成像光譜技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2015年

8 吳振洲;微型Offner成像光譜儀和光譜數(shù)據(jù)處理[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

9 薛慶生;用于空間大氣遙感的臨邊成像光譜儀研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2010年

10 方煜;成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與像質(zhì)評(píng)價(jià)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所）;2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 古夢(mèng)瑤;基于Wollaston棱鏡的小型掃描成像光譜儀研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

2 孫羽;熱紅外成像光譜儀定標(biāo)技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所);2017年

3 王小鋒;光柵成像光譜儀畸變分析與測(cè)量[D];蘇州大學(xué);2018年

4 谷文昭;單光子時(shí)間分辨成像光譜儀控制軟件系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心);2018年

5 駱超;成像光譜儀雜散光的分析、測(cè)量與校正[D];蘇州大學(xué);2018年

6 計(jì)云兵;紅外雙譜段傅里葉變換成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2018年

7 方兆良;便攜式成像光譜儀性能測(cè)試[D];華中科技大學(xué);2016年

8 萬騫;便攜式成像光譜儀的電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2016年

9 李媛媛;基于地物光譜儀與成像光譜儀耦合的玉米生長信息監(jiān)測(cè)研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2017年

10 馬箏;成像光譜儀的時(shí)空配準(zhǔn)技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2624037