基于FPGA的傅里叶变换成像光谱仪 实时光谱复原系统研究

摘要

基于傅里叶变换成像光谱仪对目标的实时探测与识别是目前及今后光谱仪研究领域的热点之一，而实时光谱复原技术是有效解决该问题的关键。在应用需求的拉动下，科学技术获得了快速地发展，特别是，近年来FPGA技术的发展，为实时光谱复原提供了新的解决思路和方法，对军事与民用都无疑具有十分重要的实际意义。 傅里叶变换成像光谱仪利用干涉仪获得目标的干涉图，然后逐行对干涉图数据进行傅里叶变换得到目标的特征光谱。干涉仪系统是精密的光学仪器，价格高昂，因此在实验研究过程中，通常采用可见光相机来模拟干涉仪系统，即，利用图像处理系统采集一帧可见光图像，然后对可见光图像的每一行数据进行傅里叶变换来模拟光谱复原的过程。 本文利用黑白摄像头来模拟干涉仪，基于FPGA器件设计了傅里叶变换成像光谱仪实时光谱复原系统。该系统主要是由图像采集、图像存储、数据处理和图像显示四个部分组成的。图像采集单元采用SAA71113芯片来完成图像数据的采集，它把来自黑白摄像头的PAL制式的模拟视频信号解码成ITU-RBT.656格式的数字视频信号。分奇偶两场由FIFO暂存并按序存储在SDRAM存储器中。图像数据处理单元将图像数据由SDRAM存储器中按行读出，经去直流、切趾、FFT、相位修正等处理单元实现光谱复原的处理。复原光谱数据由 ILI9325芯片转换为 RGB565格式后可在LCD显示器上进行显示。SAA7113、SDRAM、ILI9325的初始化处理由FPGA完成。 软硬件仿真结果均表明各功能模块均可正常工作，为傅里叶变换成像光谱仪实时光谱复原系统的成功研制奠定了良好的基础。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景和意义

§1.2 研究历史和现状

§1.4 本文研究内容及章节安排

第二章 系统硬件设计

§2.1 FPGA技术及Verilog HDL简介

§2.2 干涉图采集模块设计

§2.3 干涉图存储模块设计

§2.4 复原光谱显示模块设计

§2.5 传输速率匹配设计

第三章 系统数据处理模块设计

§3.1 分辨率及最小采样点数的确定

§3.2 亮度提取及奇场分离模块设计

§3.3 色彩空间变换模块设计

§3.4 去直流模块设计

§3.5 切趾

§3.6 快速傅里叶变换

§3.7 相位校正

第四章 结束语

§4.1 论文的主要研究工作

§4.2 论文的主要创新点

§4.3 误差来源分析

§4.4 结论

§4.5 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果