哈达玛变换成像光谱仪中光谱混合像素点的解码方法

介绍了一种基于DMD的哈达玛变换成像光谱仪的物理模型,由于DMD微镜单元尺寸与探测器像元尺寸不匹配或者其他一些在光学设计和系统集成中的误差,导致这种光谱仪中采集到的编码图像上部分像素点出现的一种光谱混合现象。描述和分析了这些光谱混合像素点的编码原理,分析表明:这种光谱混合像素点无法直接用哈达玛反变换解码。为了准确地解码这些光谱混合像素点,改善复原后光谱图像的质量,提出了一种针对这种光谱混合像素点的解码方法。首先向光谱仪中导入一束激光并充满整个视场,针对编码图像中的光谱混合像素点确定一个解码系数。然后将这个系数带入光谱混合像素点的编码方程,即可解码它的光谱元。实验结果证明该方法是可行的。     

DMD编码哈达玛变换高灵敏成像

为了增强探测器在微弱光信号条件下的成像质量,提出了一种利用哈达玛变换(Hadamard Transform,HT)实现高灵敏探测的成像方法。基于探测器噪声独立于信号,且每次测量噪声也相互独立的假设,分析了在哈达玛编码成像与经典成像中,噪声对图像信噪比的影响。推导出编码成像的信噪比提升与编码模板长度n有关,约为经典成像信噪比的n/2 倍。同时采用分区编码的方式,减小了高分辨率图像的编码时间。实验结果表明,与经典成像方式相比,采用分区编码的哈达玛变换成像方法明显的提高了图像的信噪比,同时可以在高分辨率图像条件下,缩短编码时间。     

短波红外Hadmard变换高光谱成像技术研究

Hadmard变换成像光谱技术基于Hadmard变换光学基本原理,采用线阵探测器件实现高光谱成像,多通道探测优势使其在一定条件下可以获得与推帚式高光谱成像相当水平的探测信噪比.本文在阐述Hadmard变换成像光谱技术基本原理的基础上,通过类比光机扫描成像和推帚式成像,论证了Hadmard变换成像光谱技术的探测信噪比优势,设计了一套基于线阵短波红外器件、DMD芯片和双Offner光栅光谱仪系统的高光谱成像光谱仪,并简要论证了其工程可行性.     

基于ADV212的光谱数据压缩系统研究

为了解决现有的存储介质和传输带宽与成像光谱仪(imaging spectrometer)异常庞大的光谱数据量之间的矛盾,本论文选用FPGA搭载JPEG2000压缩专用图像压缩芯片ADV212的方式;利用Xilinx的嵌入式开发套件所提供的可编程嵌入式开发平台和Xilinx MicroBlaze软核处理器设计了硬件系统来实现光谱数据压缩。系统设计使用专用图像压缩芯片,所以不必花费大量时间对JPEG2000算法进行优化,处理数据的速度较高,还原图像的质量较好而且实现起来简单,技术成熟可靠稳定。并在基于DMD的哈达玛成像光谱仪上对所设计系统进行了验证。结果表明该系统达到实时压缩光谱数据的要求。     

基于哈达玛矩阵编码测量的自适应压缩成像

为了消除采样过程中的噪声干扰,进一步提高重构图像质量,针对数字微镜阵列(DMD)与桶探测器在测量过程中点对点采样产生的起伏噪声导致图像信噪比降低的问题,提出基于哈达玛矩阵编码测量的压缩采样成像方法。首先采用DMD分区控制方法,利用哈达玛编码测量,计算获得低分辨率的粗糙图像,接着在预测的重要小波系数所在区域,对同一尺度上的重要区域利用哈达玛矩阵进行投影,同时计算出这些区域的小波系数,最后通过小波逆变换获得重构图像。实验表明,在测量噪声为0.2倍的热噪声下,只需要10%的采样率,通过哈达玛编码测量,图像峰值信噪比从13.98dB最高提高到34.56dB,提高了20.58dB,成像质量明显改善,清晰度高。当存在较大的测量噪声时,该方法可以大幅提高图像的信噪比,尤其适用于微弱光信号条件下的高灵敏压缩采样成像。     

Hadamard变换成像光谱技术

本文介绍了一种基于Hadamard变换的成像光谱技术。阐述了Hadamard变换成像光谱技术的多通道探测原理,列举了Hadamard变换成像光谱技术的新发展,论证了Hadamard变换成像光谱技术应用在遥感领域的可行性,分析比较了Hadamard变换、光机扫描和推帚式成像光谱仪的探测信噪比。     

正在崛起的成像光谱遥感

成像光谱遥感由于具有高光谱分辨率的特点正在受到国内外的广泛关注。本文主要介绍了国内外有关成像光谱技术的发展过程,包括成像光谱仪的发展历程,成像光谱数据处理技术的发展现状,对成像光谱遥感技术在相关领域,诸如海洋遥感、地质勘探、军事等领域的应用,做了较为详细的介绍。最后对高光谱遥感的发展趋势作了展望。     

哈达玛变换光谱仪

1.引言 哈达玛变换光谱仪是一个通过光学调制过程来获取光谱信息的装置。因为使用了色散系统,因此将常规的单狭缝出射模板代以按哈达玛矩阵循环码刻制的多条缝模板,它是一种色散光谱调制器,其结构示见图1。     

航天高光谱成像仪简述(特邀)

航天高光谱载荷相比于传统的多光谱载荷,在光谱分辨率上有着巨大的提升,随着定量化遥感的发展,天基探测不仅可以对地面目标的几何信息进行采集,更可以利用高光谱数据实现大气、陆地资源、战场环境、海洋物质成份的探测,随着航天高光谱技术的不断发展,高时间分辨率的对全球气候、自然资源、水纹情形的光谱成像已成为可能。高光谱探测依据成像原理的不同,主要可以分为干涉型光谱仪、衍射型光谱仪、滤光片型光谱仪。文中针对其中应用较为广泛的光栅衍射型光谱仪、时间傅里叶变换光谱仪、空间傅里叶变换光谱仪、声光调制滤光片（AOTF）光谱仪、液晶可调谐滤光片（LCTF）光谱仪、高光谱滤光片光谱仪进行了介绍,并针对每种光谱仪的优势及存在的局限性进行了分析。     

干涉成像光谱技术及其空间应用

在遥感领域,高光谱成像技术于20世纪末取得了重大突破,它是当前遥感领域的前沿技术之一。干涉成像光谱仪是继色散成像光谱仪之后新出现的一种成像光谱仪,它通过获取目标干涉图,从而间接得到高光谱影像的先进遥感设备,具有高通量、多通道以及光谱采样连续等诸多优点,代表着未来高光谱发展的一个重要方向。结合西安光机所在干涉成像光谱方面的科研工作,比较了干涉成像光谱仪与色散成像光谱仪的优缺点,分析了干涉成像光谱仪的工作原理,结合项目进行的机载飞行试验结果,介绍了干涉成像光谱仪在目标识别、农作物普查等方面的应用。     

Hadamard变换成像光谱仪实验室辐射定标方法

Hadamard变换成像光谱仪采用多通道探测数字变换技术实现光谱成像。主要介绍了基于数字微镜阵列器件的Hadamard变换成像光谱仪的工作原理与仪器结构,研究设计了一套适用于该Hadamard变换成像光谱仪的实验室辐射定标方案。用远距点光源光路进行CMOS探测器像元响应不均匀性修正,获得相对定标精度达到4.6%;采用太阳模拟光源和均匀平行光路,用光谱辐射度计实现标准辐射亮度的传递进行光谱辐射定标,绝对定标精度达到8.92%。通过实物成像,Hadamard变换成像光谱仪的实验室辐射定标方法精确、实用。     

基于数字微镜器件的Hadamard变换编码模板设计及空间光谱调制分析

研究了利用数字微镜器件生成 Hadamard光调制编码模板的方法,深入分析了利用该编码模板进行光调制的工作原理及设计中应注意的技术细节。采用原型样机光谱仪对入射激光进行编码成像实验,光谱反演后提取图像上样本区域内少量像素点的光谱曲线,发现其光谱峰值恰好在激光波长所在的光谱通道内,反演后的图像中只有激光波长所在光谱通道的光谱图像有能量分布。实验结果表明运用数字微镜设计的Hadamard编码模板达到了理想的空间光调制效果。     

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。     

数字微镜Hadamard变换光谱仪光谱反演矩阵标定及实验

国内外对DMD空间光调制的Hadamard变换成像光谱仪做了大量的理论研究和实验验证,但这项技术的研究还不够成熟,很多问题需要进一步的研究。在这种光谱仪中每个像素点色散光谱的编码矩阵互不相同。通过比较激光编码图像灰度值的变化并结合S矩阵元素的变化规律,提出了一种光谱反演矩阵的标定方法。以七阶左移循环S矩阵为例设计编码模板,通过两组成像实验对光谱反演结果进行了验证。在第一组实验中,将一束激光波长为632.8 nm激光导入光谱仪中,光谱仪的光谱响应范围为550~680 nm,632.8 nm在第五个波段范围626~644 nm之内理论上只有波段范围为626~644 nm的第五幅光谱图像是明亮的,其余的图像没有能量分布,实际的实验结果与理论上的分析相吻合。在第二组实验中,让光谱仪对一个彩色蝴蝶模型进行成像,在反演后得到的光谱图像上提取两个测试点的光谱曲线,与用辐射度计提取的光谱特性曲线进行对比分析,实验结果表明反演所得的光谱曲线与辐射度提取的光谱特性曲线基本一致。两组光谱反演的实验结果验证了所提出的光谱反演矩阵标定方法的有效性。     

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。     

采用步进系数校正基于DMD的Hadamard变换光谱数据

数字微镜器件（DMD）代替移动式机械模板作为空间光调制器是Hadamard变换光谱技术的最新发展方向。在实际的工程设计中,投射到DMD上的色散光谱无法被所构造的Hadamard编码模板完美地按照S矩阵进行编码,这一现象将会给光谱反演带来误差。文中提出了一种采用步进系数校正光谱图像的方法,根据像素点在图像上空间位置的不同,在其相应的S编码矩阵中引入一个步进系数进行校正,实验结果表明通过该方法反演得到的光谱图像逼近目标的真实光谱。     

基于DMD的近红外光谱仪的研究

数字微镜器件（Digital Micromirror Device,DMD）作为一种新型的空间光调制器,具有分辨率高、生产成本低、加工效率高等优点,使用起来非常灵活,因此实验室搭建了基于DMD的近红外光谱仪。首先,介绍了DMD近红外光谱仪的基本工作原理。其次,对该光谱仪进行了波长标定,提出基于同一样品吸光度曲线相关系数的方法对其进行了波长台间差标准化,使得波长的台间差在理论上小于0.1 nm,在模型转移时符合要求。又通过在强光与弱光条件下对其噪声与信噪比的测试实验对比得出DMD近红外光谱仪不同编码模版的选择准则:在强光条件下扫描方法优于阿达玛方法,在弱光条件下相反。最后,利用该光谱仪对实际样品汽油和柴油进行检测,测试结果表明该光谱仪性能稳定。该DMD近红外光谱仪检测波长范围为1 330~2 500 nm,吸光度偏差小于等于0.000 4 AU。     

噪声对哈达码变换解码算法的影响

在哈达码变换成像光谱仪中,哈达码解码是非常重要的,其中噪声对解码又带来一定的影响.介绍了哈达码变换成像光谱仪的基本原理,在此基础上重点分析了用逆滤波法对哈达码解码的算法.在实际的成像过程中,由于会不可避免地引进噪声,通过分析,初步研究了高斯模糊噪声对哈达码解码算法的影响,并给出了计算机仿真结果,对于进一步研究哈达码解码算法具有重要意义.