基于MATLAB的傅里叶变换光谱仪光谱复原研究

本文充分利用MATLAB在科学计算和数据处理方面的强大计算功能,对一款傅里叶变换光谱仪的干涉图数据进行光谱复原算法的研究,实现了光程差与离散干涉信息序列的匹配,通过去直流、相位校正等数据处理方法,利用快速傅里叶变换得到了对应干涉信息的光谱图,为后续制造完成的光谱仪样机的配套软件提供数据参考。

傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原FPGA芯片系统研究

针对傅里叶变换红外成像光谱仪实时数据处理技术的要求,研究了一种基于FPGA的集干涉图非均匀性校正、光谱复原、光谱辐射定标于一体的傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原芯片系统。该系统对输入信号做了标准化设计,以流水线方式输出目标的复原光谱信息,可嵌入到各种类型的红外/可见光傅里叶变换成像光谱仪的实时数据处理系统中,具有体积小、运算速度快、稳定可靠及易于升级等优点,为基于光谱特征的目标实时识别奠定了良好的技术基础。

基于FPGA的干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原研究

对目标的实时探测与识别是当前干涉式红外成像光谱仪领域研究的热点问题,而光谱仪实时光谱复原是有效解决该问题的前提。利用可见光相机模拟干涉仪而得到干涉图信号,利用高速大容量FPGA芯片设计了一种干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原系统。系统主要由干涉图数据预处理、实时光谱复原以及光谱显示等模块组成,以流水线方式运行,能够实时输出目标的光谱信息,具有运算速度快、体积小、便于算法升级等优点,为光谱仪对目标的实时探测与识别研究奠定了良好的技术基础。

光纤傅里叶变换光谱仪光谱复原软件开发

为了满足快速光谱测量的需要,研发了一台光纤傅里叶变换光谱测量装置。介绍了该测量装置的上位机数据采集和光谱复原软件的开发,包括主程序结构和复原算法等。该软件能对干涉信号进行实时采集、处理与显示,所得光谱与标准谱谱型一致,光谱分辨率可以达到0.78 cm-1,能满足实际应用的需求。

基于光谱复原的高光谱高空间遥感数据融合研究

文章提出了基于图像光谱复原的空间域遥感数据融合模型(SFSR),不仅大大提高了融合后各波段图像空间分辨率,而且保持融合后多光谱或成像光谱图像数据光谱特性不变。这对融合后遥感数据多光谱特性分析和基于光谱波形特征的计算机自动分类都是至关重要的。

基于光谱复原的NMF遥感图像融合改进算法

在研究了非负矩阵分解(NMF)用于遥感图像融合技术的基础上,改进了一种基于光谱复原的NMF遥感图像融合算法,首先利用矩阵非负性分解求取图像的基向量矩阵,然后综合考虑图像融合后的光谱特性和波形变化情况,对基向量矩阵进行直方图规则化处理,最后得到融合后的图像。实验结果表明,该方法具有较好保持原始图像的光谱信息和空间信息的优点。

运用AHP的光谱复原技术方案优选

针对当前临近空间平台干涉型成像仪实际探测数据匮乏、光谱复原方案难以确定的弊端,提出了一种基于层次分析法(AHP)的光谱复原技术方案优选方法.首先根据现有的光谱复原技术,确定了12种光谱复原方案;然后运用AHP对12种光谱复原方案进行了评估,选出了最佳方案.这为研究临近空间平台探测目标光谱复原技术评估体系提供了参考.

傅里叶变换实时红外光谱复原的FPGA实现

为实时获取战场激光、大气污染物气体、毒气等待测物光谱信息的光谱复原,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的实时光谱采集分析系统。该系统选用迈克尔逊干涉具和碲镉汞探测器获取待测光谱信息,将采集到的数据传入FPGA。利用硬件描述语言VerilogHDL在Xilinx FPGA芯片上依据傅里叶变换(FFT)实现干涉条纹到光谱数据的实时处理。实验结果表明,FPGA实际计算1 024点基2-FFT频谱分布信息与Matlab理论计算结果相同,可满足实时光谱探测的要求。

准直系统热光学效应对静态傅里叶变换红外光谱仪光谱复原的影响研究

在以多级微反射镜为核心器件的静态傅里叶变换红外光谱仪中,由于准直系统距离红外光源较近,光源的热辐射会导致其局部温度升高,从而引起材料折射率发生改变,使得由准直系统出射的光束存在一定的发散角,进而影响光谱仪系统复原光谱所能达到的分辨率水平.本文研究了光谱仪系统正常工作状态下准直系统各区域的温度分布情况,由此计算出了相应的离焦量.通过计算准直光束发散角在光程差采样区域内的分布,分析了由此引入的附加光程差对光谱复原的影响.通过计算光谱结构误差随准直系统温度的变化,得到了准直系统温度控制的合理范围.最后,对基于SiC光源的光谱仪进行了实验,结果显示制冷光源复原光谱的光谱结构误差与非制冷光源的光谱结构误差相比有明显改善.因此,降低光源温度对减小准直系统热光学效应的影响是非常有效的.本文的研究结果将为解决同类问题提供参考.

Hadamard变换光谱仪光谱复原算法的FPGA实现

提出一种利用FPGA实现Hadamard变换光谱仪光谱复原算法的方案。利用具备数字信号处理功能的FPGA对Hadamard编码图像,可以快速地进行Hadamard逆变换并得到复原图像。根据复原图像可以知道被测目标在各个波段的信息从而获得光谱曲线。实验表明,利用FPGA来完成该型光谱仪的光谱复原可以得到清晰的复原图像和单点光谱曲线,并且与软件得到的处理结果基本相同。该方案可以用于该型光谱仪的实时光谱复原以及基于光谱特征的目标识别领域。

基于FPGA的快速静态光谱复原系统研究

为了实现静态干涉系统光谱分布的快速复原,设计了一种基于FPGA的快速光谱数据处理系统。通过FPGA硬件设计完成了对CCD数据的高速采集与快速光谱数据反演计算。依据静态干涉条纹空域到频域的变化特性,设计了相应的驱动模块,并通过仿真分析验证了其高效性。选用三种不同位深的数据形式进行对比,结果显示,8 bit速度最快,但光谱对比度最差,12 bit对比度最好,但耗时较长,综合比较选取了光谱振幅对比度和处理速度均适中的10 bit,并由此构建了FPGA光谱复原系统。实验采用980 nm激光入射静态干涉模块获得的静态干涉条纹进行测试。同组数据还采用MATLAB进行光谱反演,对比结果显示,系统测试数据的中心波长位置、幅值及半宽与MATLAB仿真数据相符。

基于改进切趾函数的Fourier光谱仪光谱复原效果的提高

为校正Blackman Harris切趾函数在Fourier变换光谱仪切趾处理过程中主瓣宽度过宽的缺点,提出了一种改进的Blackman Harris切趾函数。首先介绍了干涉图切趾的基本原理,然后增加可调参数m,引入Chebyshev函数对Blackman Harris切趾函数进行改进,并通过幅频响应曲线对比了改进前后2种切趾函数的性能;最后利用Matlab仿真分析改进的切趾函数与几种典型函数的光谱复原效果。仿真结果表明,改进的切趾函数不仅在主瓣宽度特性上有所提高,而且旁瓣衰减可调节,工程使用更加灵活。

Hadamard变换光谱成像仪光谱复原矩阵修正算法

提出了基于数字微镜阵列(DMD)的Hadamard变换光谱成像仪编码模板的修正算法。利用原理样机获得了目标的光谱数据立方体,在分析DMD结构特点的基础上,建立了一种Hadamard变换光谱复原矩阵修正算法,用于修正DMD狭缝及像元尺寸与DMD尺寸不匹配对相关区域光谱数据产生影响。实验结果表明,修正算法提高了光谱图像的成像质量,同时保证了受影响区域复原光谱与未受影响区域复原光谱相似度达到98.88%以上。

基于现代谱估计技术的干涉光谱复原算法

为了克服传统光谱复原算法理论上的缺点,引入了现代谱估计技术的概念和基本算法.利用两类现代谱估计方法(自回归模型和多重信号分类算法)进行干涉光谱复原,比较了复原光谱与传统光谱复原算法的效果,并对文中所用几种方法的局限性加以验证和说明.研究结果证明了现代谱估计方法应用于光谱复原中完全可行且性能优异,在传感器获取的数据长度有限时可以获得更高的光谱分辨率.

基于多DSP的干涉超光谱复原系统设计

为了满足干涉超光谱复原处理系统对数据及实时性要求,本文提出了一种基于多ADSP-TS101的FPGA+DSP[1]的并行图像处理系统的解决方案,并给出了具体硬件实现。目前,该系统能够满足超光谱仪70Hz帧频的实时性要求,并且能够实现对干涉型超光谱图象进行多通道复原,为超光谱地面实时复原提供了理论基础和实践经验。

变间隙法布里-珀罗干涉光谱仪光谱复原方法分析

变间隙法布里-珀罗(F-P)干涉成像光谱仪以体积小、高光通量、高空间分辨率和高光谱分辨率等众多优势特性,成为研究热点。由于其干涉条纹不是正弦条纹,因而无法直接用快速傅里叶变换获得精确光谱曲线。详细推导了变间隙法布里-珀罗(F-P)干涉仪多光束干涉原理和其光谱复原原理,给出干涉条纹与光谱曲线的数学关系;从理论上证明了光谱复原方法的可行性和必要条件,并给出理论误差。此外,还基于MATLAB进行了仿真和光谱成像系统实物实验,验证了理论分析的正确性。为F-P干涉成像光谱仪的工程化提供了理论依据,并对设计中的参数确定具有指导意义。

基于无序色散成像光谱仪的实验教学设计

论文以无序色散成像光谱仪的制备与性能测试为例,研究了如何将新型的上、下转换发光材料和成像光谱仪器件相结合实现宽波段测量范围的超光谱成像,并将其应用于材料物理专业本科生“光电子器件与工艺”课程的实践教学中去。该实践教学包括前置器件、色散器件、转换器件、探测器件等部件的设计与制备,以及光谱复原数学优化算法的学习和大型实验仪器的使用。该实验教学设计,改变了传统材料专业学生对光电子技术不够了解的状况,扩大了材料物理专业学生在光电子学领域的知识面,提高了综合素养,促进了多元化就业。

研究干涉图处理与光谱复原的一种新方法

简要论述了自行研制的空间调制型偏振干涉成像光谱仪的工作原理及干涉图获取模式,采用三种不同的光谱复原方法分别对干涉图进行了处理和光谱复原,并对实验结果进行了分析比较.将非参数模型Music算法引进到干涉图的光谱复原处理中,极大的提高了复原光谱的分辨率,为超高分辨率的光谱复原分析技术提供了较好的数学模型,为提高光谱分辨率提供了可能的依据和新方法.

基于粒子群优化算法的生物组织固有荧光光谱复原方法

为减少吸收和散射对生物组织荧光光谱的干扰,使用蒙特卡罗(MC)方法模拟不同光学参数下的生物组织荧光和漫反射光,提出基于组织漫反射光谱的荧光复原方法。将复原算法中的经验参数编码为解空间中的一个粒子,以组织荧光临床应用效果作为适应值,构建粒子群优化(PSO)算法实现经验参数优化。利用已建立的用于糖尿病无创筛查的组织光谱测量系统,收集327例受试者的皮肤组织荧光光谱和漫反射光谱,使用基于PSO的组织荧光复原算法进行光谱复原。以复原前、后的组织荧光光谱强度作为输入变量进行受试者工作特性(ROC)曲线分析,观察其在糖尿病筛查中的应用价值。结果显示,采用复原前的组织荧光光谱作为输入变量用于糖尿病筛查时,ROC曲线覆盖面积为0.54,最佳诊断点对应的敏感性为32%、特异性为76%;以复原后的组织荧光光谱作为输入变量时,ROC曲线覆盖面积为0.86,最佳诊断点对应的敏感性和特异性分别为72%、86%。上述结果表明,使用基于PSO的组织固有荧光光谱复原算法能有效提高组织荧光光谱的临床应用价值。

干涉成像光谱仪切趾函数对复原光谱的影响分析

随着搭载干涉成像光谱仪HJY20-1-A的我国环境与减灾遥感卫星HJ-1A即将发射,我国干涉光谱成像研究也从实验室开始走向实用化.在干涉光谱成像过程中,切趾函数处理是干涉成像光谱仪光谱复原过程中的一个重要环节,对复原光谱的精度有着极其重要的影响.根据HJY20-1-A的参数设置,文中首先模拟了24种典型地物对应于HJY20-1-A和其它最大光程差设置的干涉成像光谱仪数据,在不同切趾函数作用下的复原光谱,结果表明Hann ing函数是其中最有效、最为稳定的切趾函数,同时发现切趾函数的应用虽然可以提高复原光谱的精度,但与真实光谱仍存在一定差距,尤其对应HJY20-1-A,复原光谱的精度更加有限.在以上分析基础上,提出了基于仪器线型函数标准化的光谱复原改进算法,实验结果证实了该方法可以显著提高复原光谱精度,尤其适用于最大光程差较小的空间调制型干涉成像光谱仪.最后,就HJY20-1-A复原光谱对3种典型植被指数求解,进一步证明了该方法的有效性.