結(jié)合圖像和光譜信息采集技術的成像光譜儀,一經(jīng)問世就受到了高度重視,在天文學、遙感探測、生物醫(yī)學成像、資源勘探等領域發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著材料技術、探測器技術與計算機技術的飛速發(fā)展,成像光譜儀取得了前所未有的進步。但是受限于當前探測器單元的二維陣列排布,成像光譜儀采集光譜立方體面臨空間信息與光譜信息、光譜分辨率與光譜工作范圍以及光譜立方體精度與采集速率的矛盾難以解決。液晶可調(diào)諧濾光片(liquid crystal tunable filter,LCTF)式成像光譜儀作為光譜掃描型成像光譜儀,以其結(jié)構(gòu)簡單易攜、穩(wěn)定性和精度較高受到青睞。但是LCTF成像光譜儀仍然因為LCTF濾光帶寬和光譜分光效應的限制,遇到了光譜分辨率難以繼續(xù)提升的瓶頸。反演算法是提高光譜立方體精度的有效方法,但是同時考慮光譜和空間復用帶來了巨大的運算量,限制了高精度數(shù)據(jù)的重建。事實上,當前探測器技術的發(fā)展,以及硬件平臺的補償,使得空間像素串擾并不嚴重,單純考慮光譜復用和重建是現(xiàn)實而有意義的。先驗條件約束的修正嶺估計方法可以有效解決反演模型的病態(tài)性,獲得高精度且可信的采樣恢復重建數(shù)據(jù)。本文以實驗室自主設計的LCTF成像光譜儀平臺為例,利用修正嶺估計方法建立反演模型,重建光譜立方體,改善光譜分辨能力。然后,本文設計了一系列仿真和實驗,驗證了修正嶺估計重建模型成功提升LCTF成像光譜儀的光譜分辨率,極限條件下可改善40%以上。另外,設計的一系列實驗也證明了成像光譜儀,尤其是重建之后的高精度成像光譜儀在目標探測與識別等領域的應用前景與潛力。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TH744.1
【部分圖文】：

圖 2-5 LCTF 成像光譜儀操作軟件主界面F 成像光譜儀數(shù)學模型情況下，成像光譜儀采集的光譜立方體 I（x, y, λ）是目標場景 S映。但由于 LCTF 和透鏡的光譜透過率函數(shù)并非理想脈沖函數(shù)，所 是一個與中心空間坐標(x0, y0)和中心波長 λ0相關的積分值。 0 0 0 0 0 0I x , y , λ S x, y , λ T x, y , λ, x , y ,λ dxdydλ T 表示成像光譜儀系統(tǒng)傳遞函數(shù)。忽略空間誤差及光譜立方體空述成像過程可簡化為： 210 0,λλI λ S λ T λ λ dλ λ2]表示積分窗口，即系統(tǒng)傳遞函數(shù)的透過率窗口。系統(tǒng)傳遞函數(shù)過率函數(shù) TLCTF(λ, λ0)，光學系統(tǒng)傳遞函數(shù) TLEN(λ, λ0)和 CMOS 圖像

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文構(gòu)正好可以用來驗證修正嶺估計模型的光譜立方體重建效果。反射氙燈光譜重結(jié)構(gòu)的峰值波長分別在 536nm、545nm、575nm 和 589nm 附近，峰值波長間隔為 9nm 和 14nm，峰谷值比分別為 1.15、1.24、1.37 和 1.676。調(diào)整 LCTF 成像儀采集標準白板反射的氙燈光譜立方體，取其中 520-610nm 波長范圍光譜圖像 4-2。

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文長則分別定位于 540nm、550nm、575nm 和 590nm，與光譜儀測得反射光譜曲線一致。這證明了修正嶺估計模型重建光譜立方體，確實改善了 LCTF 成像光譜光譜分辨能力。取像素均值作為該波長處的光強度值，可以提取得到光譜立方體中的光譜維息。利用這種方法處理原始光譜立方體和重建光譜立方體，得到 LCTF 成像光測量的白板反射氙燈光譜曲線，分別如圖 4-4 藍色虛線和紅色實線所示。

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