本文關鍵詞：基于階躍集成濾光片分光的紅外光譜成像技術研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：航天成像光譜技術作為遙感領域內(nèi)重要的一項觀測技術,提供了大量高空間分辨率、高光譜分辨率的圖譜數(shù)據(jù),促進了國民經(jīng)濟建設中諸多行業(yè)的迅速發(fā)展。這些行業(yè)的發(fā)展亦對空間分辨率、光譜分辨率和譜段數(shù)目提出了更高的要求。然而,不斷提高的空間/光譜分辨率大大增加了成像光譜儀設計過程中儀器功耗、體積、重量的約束難度。本課題基于近年來迅速發(fā)展成熟的階躍集成濾光片技術,圍繞以下幾個方面,對輕小型化的中短波紅外成像光譜儀的關鍵技術展開了研究。論文從中短波紅外光譜成像技術輕小型化、分光方案統(tǒng)籌優(yōu)化這兩條核心思路出發(fā),分析對比了多種分光方式。結(jié)果表明,色散分光及濾光片分光方式適合于高幀頻下的航天高光譜成像應用場景。從理論上推導了信噪比SNR在中短波波段上的等效性,并引入大氣散射和儀器背景輻射對信噪比模型進行修正。根據(jù)修正后的信噪比模型以及系統(tǒng)衍射限,定量設計了一個15 nm光譜分辨率、10 m地物分辨率,工作在500 km軌道高度的短波紅外成像光譜儀。結(jié)果表明,基于6級TDI的階躍集成濾光片分光方案能在2.0μm~2.5μm波段上信噪比達到100左右,口徑趨近衍射限制,靈敏度和系統(tǒng)體積等均優(yōu)于色散型分光方案。論文在投影原理以及所設計的高精度集成濾光片—焦平面匹配結(jié)構(gòu)的基礎上,給出了平行光輸入模式下產(chǎn)生特征圖案的方案。通過對比基于最小二乘線性回歸的直線邊沿亞像素定位方法、基于面積的最小二乘直線邊緣亞像素定位方法,以及基于Zernike正交矩的直線邊沿亞像素定位方法,選取基于Zernike正交矩的直線邊沿亞像素定位方法識別該特征圖案,從而完成后安裝非侵入式檢測,模擬仿真后進行實驗。結(jié)果顯示,集成濾光片旋轉(zhuǎn)失配1.146901°,投影寬度6.09個像元,僅存在旋轉(zhuǎn)失配。對工作狀態(tài)下的集成濾光片光譜成像系統(tǒng)進行了光譜定標實驗,實驗表明,集成濾光片在低溫下的透過率曲線與常溫狀態(tài)下相差不大。從理論上推導了一種逼近濾光片阻光區(qū)域曲線的方法,分析了理論誤差。在此基礎上,提出了一種不利用單色儀,僅根據(jù)不同檔溫度黑體目標作系統(tǒng)輸入,即可反演出高斯型光譜響應曲線的最優(yōu)表征參數(shù),并證明了最優(yōu)參數(shù)的唯一性,進行了試驗。還分析了飛行平臺的俯仰、偏航、側(cè)滾對光譜失配的影響,反過來給出了對飛行平臺俯仰、偏航、側(cè)滾姿態(tài)穩(wěn)定性的要求。基于集成濾光片的短波紅外光譜成像系統(tǒng)實現(xiàn)了高光譜掃描成像,獲得了3D數(shù)據(jù)立方體、偽彩圖及64個波段上的灰度圖像。最后還給出了通過并行化、云端化提升反演算法速率的建議。
【關鍵詞】：光譜成像 階躍集成濾光片 Zernike正交矩 非侵入式檢測 光譜響應曲線反演
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(上海技術物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN219
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-23
• 1.1 成像光譜技術概述11-13
• 1.2 國內(nèi)外紅外成像光譜技術發(fā)展現(xiàn)狀13-20
• 1.3 中短波紅外光譜成像技術瓶頸20-21
• 1.4 本課題研究意義及內(nèi)容安排21-23
• 2 紅外光譜成像系統(tǒng)技術分析23-43
• 2.1 紅外光譜成像系統(tǒng)設計的核心思路23-24
• 2.2 分光技術類型24-28
• 2.2.1 諧衍射型分光技術24-26
• 2.2.2 干涉型分光技術26
• 2.2.3 棱鏡/光柵色散型分光技術26-27
• 2.2.4 濾光片分光技術27-28
• 2.3 分光方式的優(yōu)選分析28-39
• 2.3.1 光譜分辨率29
• 2.3.2 引入儀器背景輻射與大氣散射修正的靈敏度模型29-39
• 2.4 階躍集成濾光片設計研究39-42
• 2.5 本章小結(jié)42-43
• 3 高精度匹配結(jié)構(gòu)設計仿真與安裝研究43-64
• 3.1 集成濾光片—焦平面的高精度匹配結(jié)構(gòu)設計43-50
• 3.1.1 探測器內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)43-44
• 3.1.2 集成濾光片—焦平面匹配結(jié)構(gòu)設計44-48
• 3.1.3 集成濾光片—焦平面對中標記的設計48-50
• 3.2 集成濾光片—焦平面高精度匹配結(jié)構(gòu)的力學仿真50-58
• 3.2.1 靜力學分析51-57
• 3.2.2 熱力學分析57-58
• 3.3 集成濾光片—焦平面高精度匹配結(jié)構(gòu)的安裝方法58-62
• 3.4 本章小結(jié)62-64
• 4 階躍集成濾光片的后安裝檢測方法研究64-92
• 4.1 后安裝檢測的意義64-65
• 4.2 算法設計65-76
• 4.2.1 投影原理65-66
• 4.2.2 平行光的需求分析及產(chǎn)生66-68
• 4.2.3 基于最小二乘線性回歸的直線邊沿亞像素定位方法68
• 4.2.4 基于面積的最小二乘直線邊沿亞像素定位方法68-71
• 4.2.5 基于Zernike正交矩的直線邊沿亞像素定位方法71-76
• 4.3 信息獲取電子學系統(tǒng)實現(xiàn)研究76-87
• 4.3.1 偏壓生成78-80
• 4.3.2 模擬信號調(diào)理模塊80-84
• 4.3.3 電子學系統(tǒng)主控84-85
• 4.3.4 電子學信息獲取系統(tǒng)的噪聲測量85-87
• 4.4 集成濾光片后安裝檢測結(jié)果及評估87-91
• 4.4.1 輕微沖擊下集成濾光片安裝的可靠性研究90-91
• 4.5 本章小結(jié)91-92
• 5 集成濾光片帶外干擾及光譜定標研究92-123
• 5.1 信息預處理研究92-100
• 5.1.1 探測器的非均勻性處理研究92-97
• 5.1.2 盲元檢測方法的研究97-100
• 5.2 光譜帶外輻射干擾100-109
• 5.2.1 帶外輻射干擾方法研究102-106
• 5.2.2 帶外輻射干擾研究方法誤差分析106-109
• 5.3 光譜標定方法109-118
• 5.3.1 基于單色儀的光譜定標109-111
• 5.3.2 基于高斯模板最優(yōu)逼近的光譜定標111-118
• 5.4 平臺姿態(tài)誤差影響研究118-122
• 5.5 本章小結(jié)122-123
• 6 綜合成像實驗123-131
• 6.1 高光譜成像實驗123-131
• 7 總結(jié)與展望131-134
• 參考文獻134-137
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果137

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王躍明;祝倩;王建宇;莊曉瓊;;短波紅外高光譜成像儀背景輻射特征研究[J];紅外與毫米波學報;2011年03期

2 孫強,于斌,王肇圻,母國光,盧振武;諧衍射雙波段紅外超光譜探測系統(tǒng)研究[J];物理學報;2004年03期

3 齊英劍;池娟;張彬;;基于Zernike矩亞像素邊緣檢測的改進算法[J];西安郵電學院學報;2010年05期

  本文關鍵詞：基于階躍集成濾光片分光的紅外光譜成像技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：271941