基于空间光调制器的高光谱成像系统的研究

摘要

20世纪80年代，多光谱成像技术兴起，得到世界各国的重视和广泛研究，多光谱图像能够分析图像各个光谱波段的丰富信息，而且逐渐发展为研究各个光谱波段之间的连续性和相关性，即高光谱成像技术。高光谱成像技术提取图像每个像元的精细光谱，使人们更好的认识事物，经过深入的研究和发展广泛的应用在军事、工业、农业各个领域。
　　光谱成像系统解决了普通相机难于获取光谱信息的难题，光谱成像系统的研究历经几十载，但由于对光谱分辨率的精度及光谱信噪比的要求日渐提高，系统在元件成本、光学性能、数据存储容量、降低冗余度等方面的难度也不断提高。本文首先围绕一种基于棱镜掩膜式的高光谱视频成像系统展开研究，该系统由两路光路组成，一路直接捕获场景经过下采样后的光谱数据，一路捕获场景完整的彩色空间信息。系统光谱分辨率、光通量及空间分辨率是研究高光谱成像系统性能的重要指标，在此基础上提出符合该系统的光谱信噪比理论模型，并通过实验分析增加光通量能够提高系统光谱信噪比。
　　由于该系统采用固定采样点的掩膜板进行采样，限制了其在自适应采样、降低数据量等方面的研究与应用。本文在已有的多光谱视频成像系统上，引进空间光调制器（SLM），即基于SLM的高光谱成像系统，针对场景的不同特点，对其进行采样。本文提出纹理自适应采样方法，在不影响光谱数据重建准确率的情况下，减少相机拍摄得到的数据量，并通过实验分析方法的可行性。
　　最后通过搭建基于空间光调制器的光谱视频成像系统，对其进行简单的介绍，并针对该系统建立数学模型，将压缩感知理论引进该系统。

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1引言

1.2 HSI技术的发展

1.3 HSI技术的应用

1.4 HSI存在的问题分析

1.5本文主要研究内容

第二章 高光谱成像系统

2.1计算层析成像光谱系统(CTIS)

2.2编码孔径光谱成像仪（CASSI）

2.3棱镜掩模式光谱视频捕获系统

2.4本章小结

第三章 基于棱镜掩膜的高光谱成像系统

3.1 AHVIS相关工作

3.2光谱信噪比研究

3.3光谱信噪比实验分析

3.4本章小结

第四章 基于空间光调制器的采样方法研究

4.1引言

4.2纹理自适应采样方法

4.3实验分析

4.4本章小结

第五章 基于空间光调制器的高光谱成像系统

5.1系统搭建

5.2系统数学建模

5.3压缩光谱成像

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文工作总结

6.2未来工作展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢