發(fā)布時(shí)間：2017-03-28 08:15

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

【摘要】：航天成像光譜技術(shù)作為遙感領(lǐng)域內(nèi)重要的一項(xiàng)觀測(cè)技術(shù),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(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中諸多行業(yè)的迅速發(fā)展。這些行業(yè)的發(fā)展亦對(duì)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(shè)計(jì)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(shù),圍繞以下幾個(gè)方面,對(duì)輕小型化的中短波紅外成像光譜儀的關(guān)鍵技術(shù)展開了研究。論文從中短波紅外光譜成像技術(shù)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(duì)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(yīng)用場(chǎng)景。從理論上推導(dǎo)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(duì)信噪比模型進(jìn)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(shè)計(jì)了一個(gè)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(jí)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(dá)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(shè)計(jì)的高精度集成濾光片—焦平面匹配結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(duì)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(shí)別該特征圖案,從而完成后安裝非侵入式檢測(cè),模擬仿真后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示,集成濾光片旋轉(zhuǎn)失配1.146901°,投影寬度6.09個(gè)像元,僅存在旋轉(zhuǎn)失配。對(duì)工作狀態(tài)下的集成濾光片光譜成像系統(tǒng)進(jìn)行了光譜定標(biāo)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)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(dǎo)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(chǔ)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(biāo)作系統(tǒng)輸入,即可反演出高斯型光譜響應(yīng)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(jìn)行了試驗(yàn)。還分析了飛行平臺(tái)的俯仰、偏航、側(cè)滾對(duì)光譜失配的影響,反過來給出了對(duì)飛行平臺(tái)俯仰、偏航、側(cè)滾姿態(tài)穩(wěn)定性的要求�；诩蔀V光片的短波紅外光譜成像系統(tǒng)實(shí)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(gè)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(guān)鍵詞】：光譜成像 階躍集成濾光片 Zernike正交矩 非侵入式檢測(cè) 光譜響應(yīng)曲線反演
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(shù)概述11-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外紅外成像光譜技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀13-20
• 1.3 中短波紅外光譜成像技術(shù)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(shù)分析23-43
• 2.1 紅外光譜成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心思路23-24
• 2.2 分光技術(shù)類型24-28
• 2.2.1 諧衍射型分光技術(shù)24-26
• 2.2.2 干涉型分光技術(shù)26
• 2.2.3 棱鏡/光柵色散型分光技術(shù)26-27
• 2.2.4 濾光片分光技術(shù)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(shè)計(jì)研究39-42
• 2.5 本章小結(jié)42-43
• 3 高精度匹配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)43-50
• 3.1.1 探測(cè)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(shè)計(jì)44-48
• 3.1.3 集成濾光片—焦平面對(duì)中標(biāo)記的設(shè)計(jì)48-50
• 3.2 集成濾光片—焦平面高精度匹配結(jié)構(gòu)的力學(xué)仿真50-58
• 3.2.1 靜力學(xué)分析51-57
• 3.2.2 熱力學(xué)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(cè)方法研究64-92
• 4.1 后安裝檢測(cè)的意義64-65
• 4.2 算法設(shè)計(jì)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(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)研究76-87
• 4.3.1 偏壓生成78-80
• 4.3.2 模擬信號(hào)調(diào)理模塊80-84
• 4.3.3 電子學(xué)系統(tǒng)主控84-85
• 4.3.4 電子學(xué)信息獲取系統(tǒng)的噪聲測(cè)量85-87
• 4.4 集成濾光片后安裝檢測(cè)結(jié)果及評(píng)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(biāo)研究92-123
• 5.1 信息預(yù)處理研究92-100
• 5.1.1 探測(cè)器的非均勻性處理研究92-97
• 5.1.2 盲元檢測(cè)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(biāo)定方法109-118
• 5.3.1 基于單色儀的光譜定標(biāo)109-111
• 5.3.2 基于高斯模板最優(yōu)逼近的光譜定標(biāo)111-118
• 5.4 平臺(tái)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(shí)驗(yàn)123-131
• 6.1 高光譜成像實(shí)驗(yàn)123-131
• 7 總結(jié)與展望131-134
• 參考文獻(xiàn)134-137
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果137

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 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(xué)報(bào);2011年03期

2 孫強(qiáng),于斌,王肇圻,母國(guó)光,盧振武;諧衍射雙波段紅外超光譜探測(cè)系統(tǒng)研究[J];物理學(xué)報(bào);2004年03期

3 齊英劍;池娟;張彬;;基于Zernike矩亞像素邊緣檢測(cè)的改進(jìn)算法[J];西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào);2010年05期

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

本文編號(hào)：271941