Offner成像光谱仪的控制和数据采集

摘要

成像光谱仪能够得到反映物体形状特征和光谱特征的立方体数据，是实现“图谱合一”的光学仪器。它广泛应用于对地遥感、食物检测、环境生化检测、水资源分布、眼科医学领域以及森林火灾分布等。由于其应用的重要性，国内多个研究组开展仪器的相关研究。我们课题组已研制出Offner成像光谱仪，并开始在精准农业中用于作物光谱信息的收集和分析。
　　 Offner成像光谱仪是一种推扫式的扫描仪器，单次拍摄得到目标物体的一条空间窄带，窄带相当于物体的一维空间信息。窄带经过分光系统得到每个采样点对应的光谱信息，并记录在一个二维的面阵感光探测器上。通过仪器和目标物体的相对移动，Offner成像光谱仪依次对目标物体扫描采集，得到目标物体的图像及采样点对应的光谱信息。由于Offner成像光谱仪单次采集的图像具有其特殊性，且对扫描平台的运动状态有严格的要求，需要有一套完整的仪器运动控制和数据采集软件系统作为辅助。另外，Offner成像光谱仪可以通过平移和旋转的扫描方式应用于不同的场合，需要对平移和旋转的扫描成像原理进行分析，并对可能存在的几何变形进行校正。
　　 针对Offner存在的以上问题，本论文主要做了以下工作：
　　 1．利用探测器的SDK文件，实现一套Offner成像光谱仪数据采集的软件操作系统。涵盖的功能主要有仪器的数据采集、显示、数据的保存格式、仪器安装调试和参数设置的辅助模块等。为Offner成像光谱仪的使用和推广提供必要的技术支持。
　　 2．设计了Offner成像光谱仪旋转扫描机构，通过控制反射镜的旋转，实现对目标物体的扫描。完成相关的几何变形校正，得到了清晰的高光谱图像。
　　 3．将微型Offner成像光谱仪搭载到旋翼无人机上，实现基于旋翼无人机的Offner成像光谱仪低空悬停遥感试验，得到了高光谱数据及每次拍摄对应的姿态数据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1.1 成像光谱仪的发展

1.2 成像光谱仪的分类和基本原理

1.3 简述成像光谱仪的应用

1.3.1 国外遥感研究

1.3.2 国内研究现状

第2章 基于Offner光路结构的高光谱技术

2.1 Offner成像光谱仪的产生和发展

2.2 Offner分光成像原理

2.3 数据传输设备

2.3.1 面阵探测器

2.3.2 图像采集卡

第3章 Offner成像光谱仪的软件操作模块

3.1 成像光谱仪商用软件介绍

3.2 软件系统的整体介绍

3.3 Matlab语言和C语言、MySQL的连接技术

3.3.1 Matlab和C语言混合编程

3.3.2 Matlab环境下MySQL数据库的建立

3.4 Offner成像光谱仪软件模块的实现

3.4.1 环境设置

3.4.2 数据采集

3.4.3 数据存储和格式转换

3.4.4 图像显示

3.4.5 探测器安装调试的软件辅助

3.4.6 镜头聚焦判别

第4章 Offner成像光谱仪的扫描成像技术

4.1 扫描运动的控制和数据采集

4.2 相对平移的扫描成像

4.3 旋转扫描成像

4.3.1 旋转扫描成像原理

4.3.2 几何变形校正

第5章 Offner成像光谱仪的低空遥感应用

5.1 系统整体介绍

5.1.1 Offner微型成像光谱仪和遥感平台

5.1.2 遥感平台方案设计

5.2 空中悬停的定点探测

5.2.1 悬停探测的扫描方案

5.2.2 悬停遥感实验及结果

第6章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果