基于FPGA静态傅里叶变换干涉系统的实时数据采集

针对静态傅里叶变换光谱仪中干涉条纹采集与处理对速度快的特殊要求,设计了用FPGA实现干涉图采集和光谱复原系统,通.过CCD采集静态傅里叶干涉条纹后,将数字灰度值输入到FPGA中,进行傅里叶变换(FFT)、取模、光谱标定等处理后得到入射光的光谱信息.光谱获取的算法主要由基2-FFT和光谱标定实现,光谱标定是通过在可探测波...     

单边干涉数据光谱复原的关键问题分析

针对干涉式傅里叶变换光谱仪中干涉信号的单边过零采样和实时快速数据处理要求,该文对光谱复原中的实时数据处理关键问题进行分析。在实验中以迈克尔逊干涉仪为核心,以632.8nm的激光为参考光源,以3.5～5.0μm的大气窗口为被测对象,产生干涉图;通过HgCdTe点探测器对干涉图进行光电转换,获取干涉数据。基于Matlab软件对干涉数据进行预处理、最小采样数据点确定、切趾、相位校正、频谱标定等光谱复原中数据处理的关键技术和问题进行分析和仿真分析。实验表明,大气窗口的4 096点的干涉数据采用小双边干涉数据量为512点,所有干涉数据采用非对称三角切趾的Mertz法相位校正,傅里叶变换、线性标定后能快速复原目标光谱,且光谱分辨率达到4cm-1。     

基于FPGA马赫－泽德干涉仪的光谱数据采集系统

针对马赫-泽德(M-Z)干涉仪中干涉条纹采集和处理的要求,为了使其具有高速实时光谱数据处理能力,设计了一种通过FPGA硬件编程实现干涉条纹采集处理的方法.系统由CMOS探测器采集马赫-泽德干涉仪获取的干涉图像,再将干涉图像中的灰度信息输入到FPGA芯片中,通过去噪、切趾、快速傅里叶变换、标定等求解入射激光的光谱特征.系...     

基于FPGA的傅里叶变换光谱仪光谱复原技术

为了实时获取化学战剂、大气污染物等待测物的光谱信息,设计了一种基于现场可编程门阵列实现单边干涉图光谱复原的高速数据处理系统。该系统采用将去直流、切趾,快速傅里叶变换、相位校正等光谱复原处理集成在一块现场可编程门阵列芯片内实现的方法,具有集成度高、速度快、成本低等优点。在ISE10.1开发平台上设计了数据处理系统硬件电路,通过WQF-520型傅里叶变换红外光谱仪采集干涉数据传给现场可编程门阵列进行处理,实验结果与MATLAB仿真结果比较,相对误差在1.2%以内。结果表明,该系统可正确复原光谱,适用于时间调制和空间调制的干涉式光谱仪系统。     

基于矩阵的Sagnac干涉仪光谱复原理论研究

传统的干涉光谱仪光谱复原算法是利用傅里叶变换复原光谱,该方法为了消除有限光程差造成的旁瓣对光谱复原精度的影响,进行了干涉图切趾处理,但这会降低复原光谱的光谱分辨率.为了保证光谱分辨率和提高光谱复原精度,文章提出一种光谱复原方法——基于仪器特征矩阵的Sagnac干涉光谱仪光谱复原方法.该方法旨在通过实验室定标及理论推导为每个Sagnac干涉光谱仪系统构建一个仪器特征矩阵,对仪器特征矩阵利用最小二乘法复原光谱.利用多种物质的光谱进行仿真实验,测试两种光谱复原方法的光谱复原精度,结果显示仪器矩阵方法的复原误差稳定在1％～3％,而傅里叶变换法的复原误差在3％～7％的范围内.因此,和傅里叶变换光谱复原方法相比,基于仪器特征矩阵的光谱复原方法的光谱复原精度更高.     

傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原FPGA芯片系统研究

针对傅里叶变换红外成像光谱仪实时数据处理技术的要求,研究了一种基于FPGA的集干涉图非均匀性校正、光谱复原、光谱辐射定标于一体的傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原芯片系统。该系统对输入信号做了标准化设计,以流水线方式输出目标的复原光谱信息,可嵌入到各种类型的红外/可见光傅里叶变换成像光谱仪的实时数据处理系统中,具有体积小、运算速度快、稳定可靠及易于升级等优点,为基于光谱特征的目标实时识别奠定了良好的技术基础。     

单幅干涉条纹图的高精度波面重建技术

结合莫尔条纹、傅里叶变换和数字相移技术实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位计算和波面重建.首先,用计算机生成与被处理干涉条纹频率相近的数字相移条纹图,与实际干涉条纹图叠加得到相移莫尔条纹图;然后,利用傅里叶变换、双频滤波、傅里叶反变换和相移技术得到干涉条纹图的相位数据;最后利用波面拟合技术重构原干涉条纹图对应的波面形状.研究结果表明,该技术不仅消除了干涉仪硬件相移产生的非线性误差和滤波时的频谱移中误差,高精度获得了单幅干涉条纹图对应的波前,而且简化了系统的机械结构.同时,对环境的要求明显降低,特别适用于生产现场的检测.     

基于FPGA的静态傅里叶变换光谱探测系统研究

为克服傅里叶变换光谱仪的机械扫描和光谱复原中软件处理实时性差的缺点,研究了一种基于FPGA的静态傅里叶变换光谱探测系统。根据傅里叶变换光谱理论,确立了选用等效斜楔干涉具和线阵COMS的方案,使用FPGA来实现,并详细介绍了系统工作原理。利用硬件描述语言VerilogHDL,在Vitex pro-2FPGA芯片上,实现了探测系统CMOS驱动电路、光谱复原处理电路等逻辑设计,并通过第三方仿真软件Modelsim6.3f完成了各模块的功能仿真。应用该实验系统对波长为635nm的半导体激光器进行了光谱探测,测试结果与MATLAB仿真计算值一致。实验结果表明该光谱探测系统具有运算速度快、实时性和可靠性好等优点。     

基于DSP的弹光调制干涉具干涉数据的实时处理系统

弹光调制干涉具中光程差的非线性带来了干涉信号的非均匀变化,在光谱复原过程中,如不对干涉数据修正直接采用快速傅里叶变换(FFT)复原光谱会导致光谱严重失真,难以满足实时处理要求。首先提出采用非均匀快速傅里叶变换算法(NUFFT)实现光谱复原,其次设计了一种基于高性能DSP芯片OMAP-L138的干涉数据处理系统,它将高速数据采集卡PCI-5122采集到的671.1 nm激光干涉数据进行存储并完成其实时光谱复原。研究结果表明:这套干涉数据实时处理系统操作简单,运行可靠。复原671.1 nm激光的波长误差小于1 nm,谱线位置误差小于0.1％,为后期采用高性能DSP的弹光调制傅里叶变换光谱仪提供了很好的前提基础。     

二维虚光栅移相莫尔条纹相位提取算法

目前二维干涉图所采用的相位提取算法大多以傅里叶变换法为主,而傅里叶变换法对噪声比较敏感。虚光栅移相莫尔条纹法具有较高的提取精度,而且抗噪性较好。在一维干涉图的基础上,提出了一种适用于二维干涉图相位提取的二维虚光栅移相莫尔条纹法,该方法通过构造一定相移量的二维虚光栅实现相位提取。与傅里叶变换法对比研究的仿真结果表明:对于同一幅二维干涉图,在干涉图不含噪声的情况下,傅里叶变换法与该方法的相对重构误差分别是5.52%和3.46%;在干涉图含噪声的情况下,随着噪声的增加,该方法在抗噪性方面的优势越来越明显。对二维横向剪切干涉仪零位校准装置所采集到的二维干涉图进行处理,实验结果表明,傅里叶变换法和该方法所得到的测量结果均方根值分别为0.0053λ和0.0037λ(λ=632.8 nm)。     

相干组束光纤激光干涉图样分布研究

为了研究两相干组束光纤激光的干涉图样的分布特征,采用数值计算和实验相结合的方法,对干涉图样进行了理论分析和实验验证,取得了在不同光束间距及不同傅里叶透镜焦距下的干涉图样分布图。干涉图样的条纹分布和条纹可见度主要受到激光光束间距、傅里叶变换透镜焦距以及光束束腰半径等参量的影响。随着光束间距的增大,干涉条纹间距减小,条纹数目增多,条纹可见度减小;傅里叶变换透镜焦距增大时,干涉条纹数目没有明显变化,条纹间距略有增加,条纹可见度增大。这一结果对相关实验工作将有一定帮助。     

对称双圆孔傅里叶变换干涉条纹法测焦距

提出用照相缩微法制作一个小孔距对称双圆孔作为待测透镜傅里叶变换输入函数,利用其傅里叶变换频谱面上的干涉条纹间距的测量值计算透镜焦距。该法装置简单,调节方便,测量精度较高。分析了测量原理和测量误差,并给出了与理论分析相符的结果。     

像面干涉成像光谱技术中的复原方法

与传统的干涉成像光谱技术相比,像面干涉成像光谱技术具有高光通量、高光谱分辨率、高目标分辨率等优点。在介绍像面干涉成像光谱技术的基本原理基础上,提出了通过推扫横向剪切分束器对目标进行探测的方法,省去了传统推扫方法中提取物点干涉信息时的图像配准过程。研究了信息处理中去直流项、切趾等预处理问题,分析了相位误差校正方法及各种方法的优缺点。搭建Sagnac型像面干涉成像光谱实验装置进行了光谱重构实验,复原了被测光源的光谱曲线,并复原了探测目标在各个谱段的光谱图像。     

分数傅里叶变换频谱干涉法测量透镜焦距

对两相同物体同时实施分数傅里叶变换,通过测量其频谱干涉的条纹间距获知透镜焦距。该方法装置简单、操作方便、测量精度高、易于自动化处理,在光学测量中具有实用价值。     

基于静态固体斜楔干涉的红外探测技术

针对现有傅里叶变换红外光谱遥测技术响应速度慢、灵敏度低、抗震性差等缺点,提出一种基于静态固体斜楔干涉具为核心的傅里叶变换红外光谱遥测技术。选用UL04371-042型非制冷红外焦平面阵列探测器(UIRFPA)作为干涉信号探测的核心部件。在分析静态固体斜楔干涉具基础理论及探测器性能的基础上设计了驱动电路,FPGA作为时序控制的主体,在Xilinx ISE 12.4的开发环境中,利用Verilog硬件描述语言编程,对探测器的工作时序进行了设计输入和仿真验证。使得干涉信号通过高速AD采集,FPGA外扩的SRAM缓存,最后通过USB传送到上位机LABVIEW进行数据处理及成像。通过仿真和实验验证其可行性,实现了红外波段的静态固体斜楔干涉信号光谱成像,为进一步研究干涉型成像光谱仪成像技术提供前期准备。     

基于改进切趾函数的Fourier 光谱仪光谱复原效果的提高

为校正Blackman Harris切趾函数在Fourier变换光谱仪切趾处理过程中主瓣宽度过宽的缺点,提出了一种改进的Blackman Harris切趾函数。首先介绍了干涉图切趾的基本原理,然后增加可调参数m ,引入Chebyshev函数对Blackman Harris切趾函数进行改进,并通过幅频响应曲线对比了改进前后2种切趾函数的性能;最后利用Matlab仿真分析改进的切趾函数与几种典型函数的光谱复原效果。仿真结果表明,改进的切趾函数不仅在主瓣宽度特性上有所提高,而且旁瓣衰减可调节,工程使用更加灵活。