快照光譜成像技術(shù)在一個(gè)或數(shù)個(gè)采樣周期內(nèi)獲取用于重建目標(biāo)光譜立方體的圖像數(shù)據(jù),可以有效地提高信息獲取的速度�？煺帐礁道锶~變換光譜成像儀是一種計(jì)算型的快照光譜成像儀,具有結(jié)構(gòu)緊湊,抗震性好等特性�？煺展庾V成像技術(shù)獲取光譜立方體數(shù)據(jù)的方式是將圖像不同頻譜的相關(guān)分量同時(shí)映射在一個(gè)探測器的不同像素區(qū)間,因此必然會(huì)造成單一分量圖像的空間分辨率降低。同時(shí),計(jì)算型的快照光譜成像技術(shù)普遍面臨光譜重建算法復(fù)雜,計(jì)算效率不高的問題。本文開展了快照式傅里葉變換光譜成像關(guān)鍵技術(shù)研究,并將該技術(shù)應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)檢測,具體研究內(nèi)容如下:1.分析了快照式傅里葉變換光譜成像技術(shù)的基本原理,實(shí)現(xiàn)了樣機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。針對(duì)雙沃拉斯頓棱鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)傅里葉變換光譜儀的性能影響機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的分析,并根據(jù)應(yīng)用需求對(duì)光機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),完成了快照式緊湊型傅里葉變換光譜成像儀樣機(jī)的研制。2.針對(duì)快照式傅里葉變換光譜成像儀面臨的圖像空間分辨率低的問題,研究了利用樣機(jī)干涉子圖陣列間的空間冗余信息進(jìn)行圖像超分辨方法。為獲得高空間分辨率圖像,現(xiàn)有方案均引入額外光路單獨(dú)成像,增加了系統(tǒng)體積。本課題利用子圖陣列間存在的微小偏移,采用深度學(xué)習(xí)的方式... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

光譜成像技術(shù)的數(shù)據(jù)獲取方式

陣可以獲得完整的空間光譜三維數(shù)據(jù)集。該方法中透鏡陣列每個(gè)子透鏡對(duì)應(yīng)著三維數(shù)據(jù)集的一個(gè)空間像素點(diǎn)，空間像素?cái)?shù)直接取決于透鏡數(shù)目。2009年AndrewBodkin等人對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡要改進(jìn)，將透鏡陣列替換成小孔陣列，作者稱之為超像素陣列相機(jī)[42，43]。通過設(shè)置棱鏡色散方向與小孔陣列成一定角度以提高了CCD的使用率，但小孔的遮擋大大降低了光通量。2015年中國科學(xué)院大學(xué)的劉兵博士也制作了基于狹縫陣列以及三膠合色散棱鏡的小型化可見/近紅外寬波段實(shí)時(shí)光譜成像儀，狹縫陣列與小孔陣列類似，都降低了系統(tǒng)的光通量[44]。圖1-2SAURON項(xiàng)目的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[41]Fig.1-2OpticallayoutofSAURONproject2002年HideakiMatsuoka和Fletcher-Holmes等人分別提出了另一種積分場型快照光譜成像儀，原理如圖1-3所示[45-48]。該系統(tǒng)核心部件為由光纖束組成的圖像分割器（ImageSlicer）或稱之為光纖重構(gòu)器（FiberOpticReformatter,FOR），該系統(tǒng)將圖像耦合進(jìn)緊密排列的光纖陣列，光纖陣列的輸出端被重新

第1章緒論5排列成一行，通過色散裝置可以將一行圖像色散到一個(gè)二維探測器上，然后對(duì)二維探測器上的圖像進(jìn)行重新排列可以獲得最終的數(shù)據(jù)立方體。該方法在400nm-800nm光譜范圍內(nèi)的分辨率可達(dá)5nm，并且方法原理簡單。2011年JossBland-Hawthorn等人對(duì)光纖束的構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化使得該結(jié)構(gòu)能夠在低光天文探測中應(yīng)用[49]。2017年萊斯大學(xué)YeWang等人制作了空間分辨率更高的光纖束并實(shí)現(xiàn)了在皮膚血氧飽和度的檢測[50]。由于光纖束本身的約束，該方法仍存在較多缺點(diǎn)。首先，光纖束制作難度較大，很難實(shí)現(xiàn)大量光纖集成，因此空間分辨率較低；其次，光纖耦合效率普遍不高直接導(dǎo)致系統(tǒng)光通量低；同時(shí)，光纖輸出為發(fā)散光，相鄰光纖的輸出容易發(fā)生混疊，影響最終色散的光譜準(zhǔn)確性。圖1-3基于光纖束重排的積分場快照光譜成像儀[48]Fig.1-3Diagramoftheintegralfieldspectralimagingsystembasedonafiberbundle圖1-4基于圖像映射的光譜成像儀原理圖[51]Fig.1-4Diagramofimagemappingspectrometer

【參考文獻(xiàn)】：
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