应用光谱重建理论的傅里叶变换光谱仪

本文将重建光谱仪的光谱重建理论应用于傅里叶变换光谱仪中，使光谱仪可以兼具重建光谱仪高光谱分辨率优势以及傅里叶变换光谱仪固有的高光通量优势。利用构建的简易空间外差傅里叶变换光谱仪实验装置在520～530 nm光谱范围内进行验证实验。使用实验装置采集的不同单波长入射光光斑图像进行光谱校准实验，证明了傅里叶变换光谱仪可满足光谱重建理论必需的光斑与波长间唯一的一对一映射关系。随后，使用用于光谱校准的光斑图像进行光谱重建实验，实现了0.10 nm的光谱分辨率，相比通过傅里叶变换光谱仪原理得到的～5.65 nm光谱分辨率有明显提高。最后，使用额外采集的波长525 nm入射光光斑图像进行光谱重建实验，重建光谱中存在重建误差，且525 nm处光谱信号峰的半峰全宽（FWHM）～0.30 nm。光斑图像相关性分析显示，光谱重建受光斑图像采集过程中噪声和相邻波长入射光光斑图像高相似性的影响。尽管如此，重建光谱仍然可以反映入射光的光谱信息，且信号峰的FWHM小于傅里叶变换光谱仪原理得到的光谱，验证了将光谱重建理论应用于傅里叶变换光谱仪的可行性和高光谱分辨率优势。     

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。     

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。     

基于光谱重建技术的壁画颜色复原与评价

为了在给定的照明和观察条件下，用相机响应信号重建物体表面光谱反射率，实现颜色的高精度复原，采用了多光谱成像技术采集物体表面的多光谱图像，使用主成分分析、 R 矩阵和正则化 R 矩阵方法进行了光谱反射率重建的理论研究，并对壁画色块颜色复原进行了实验验证，取得了壁画色块的重建光谱和颜色复原数据，同时对基于正则化 R 矩阵方法的壁画色块颜色复原结果进行了评价。结果表明，正则化 R 矩阵方法进行光谱重建的光谱精度和色度精度更高，与主成分分析和 R 矩阵方法相比，色差降低了0.0732，适应度系数提高了1.10%，均方根误差降低了0.0035，光谱匹配偏指数降低了0.0225。该方法能够满足高精度颜色再现的需要，适用于文物艺术品数字化存档、文物艺术品修复等领域。     

基于光谱复原的高光谱高空间遥感数据融合研究

文章提出了基于图像光谱复原的空间域遥感数据融合模型(SFSR),不仅大大提高了融合后各波段图像空间分辨率,而且保持融合后多光谱或成像光谱图像数据光谱特性不变.这对融合后遥感数据多光谱特性分析和基于光谱波形特征的计算机自动分类都是至关重要的.     

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。     

应用Winograd傅氏变换算法计算傅里叶光谱

讨论了Ｗｉｎｏｇｒａｄ傅里叶变换算法的优点,通过计算表明,将其应用于傅里叶变换光谱的具体算法时,与计算的具体过程相结合,可显著地提高光谱的计算效率     

傅里叶变换红外光谱自适应数字滤波算法研究

针对傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪在不同类型环境噪声下导致的仪器性能下降的问题,提出了一种根据不同环境噪声实时更新滤波参数的自适应滤波算法。对该算法的基本原理和实现过程进行了理论推导,分析了不同滤波参数设置下的滤波效果,进而利用设计的滤波算法对实测光谱数据进行了滤波处理,对比分析了不同滤波方法下的光谱信噪比(SNR)。研究结果表明:基于巴特沃斯滤波的自适应FTIR光谱滤波方法在2100～2200 cm^-1和2500～2600 cm^-1波段的SNR较传统硬件滤波分别提高了1.29倍和1.13倍,表明该算法可以有效提升FTIR光谱信噪比,改善FTIR仪器的性能指标。     

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。     

基于一种新的交换矩阵的离散分数阶傅立叶变换实现

分数阶傅立叶变换比傅立叶变换更具有一般性,多年来引起人们深入研究.由于连续的分数阶傅立叶变换在工程实现时都要抽样离散化,直接对连续分数阶傅立叶变换的核离散化会失去很多重要的性质,因此人们研究它的离散实现并保持它具有与连续分数阶变换同样的性质.本文提出了一种新的交换矩阵实现离散分数阶傅立叶变换,其变换的离散核矩阵与连续变换的分数阶傅立叶变换核有相似性,诸如酉特性、可加性、正交性和可逆性.仿真结果证实了所提出的分数阶傅立叶变换核与连续分数阶傅立叶变换核的相似性以及两种变换对矩形信号这种典型信号的分数阶傅立叶变换的相似性.     

基于Sagnac干涉仪的级联型梳状滤波器

密集波分复用(DWDM)系统光信道数量的增加,使得与DWDM技术有关的各种光学滤波器技术成为当前光纤通信领域的研究热点.高双折射(HiBi)光纤环具有易于制作、性能稳定以及良好的滤波特性等特点,近年来受到广泛关注;通过增加Sagnac环内HiBi光纤和偏振控制器的个数,或者采用多个HiBi光纤Sagnac环的级联形式,...     

基于随机矩阵非渐近谱理论的协作频谱感知算法研究

将随机矩阵的非渐近谱理论应用到协作频谱感知中,对接收信号样本协方差矩阵的最大特征值和最小特征值进行分析,该文提出一种精确的最大最小特征值差(Exact Maximum Minimum Eigenvalue Difference, EMMED)的协作感知算法。对于任意给定的协作用户个数K和采样点数N,首先推导了最大最小特征值之差的精确概率密度函数(Probability Density Function, PDF)和累积分布函数(Cumulative Distribution Function, CDF),然后利用该分布函数设计了所提算法的判决阈值。理论分析表明,EMMED算法的判决阈值较已有的渐进最大最小特征值差(Asymptotic Maximum Minimum Eigenvalue Difference, AMMED)检测更为精确,算法无需主用户信号特征并且能够对抗噪声不确定度影响。仿真结果表明,存在噪声不确定度的感知环境下,EMMED算法较已有的精确最大特征值(Exact Maximum Eigenvalue, EME)和EMMER等频谱感知算法具有更好的检测性能。     

基于低秩矩阵恢复的SAR图像相干斑抑制方法

针对合成孔径雷达(SAR)图像相干斑噪声的特点,提出了一种基于低秩矩阵恢复的SAR图像相干斑抑制算法。该算法首先对SAR图像进行对数变换,将SAR图像相干斑乘性噪声转化为加性噪声;然后对变换后图像等步长遍历提取图像子参考块,利用局部块匹配技术寻找子参考块的相似块组建相似子集,合并数据集中所有相似子集,构建近似低秩的矩阵;再通过低秩矩阵恢复算法将矩阵分解为低秩矩阵部分和稀疏矩阵部分;最后将低秩矩阵部分逆变换回图像块,基于图像块灰度值对图像的每个像素进行加权重构,生成相干斑抑制后的SAR图像。实验表明,文中所提出的算法能够有效抑制SAR图像中的相干斑噪声,同时很好地保留了边缘细节特征。     

基于游标效应的萨格纳克干涉仪温度传感器

提出了一种基于光学游标效应的级联光纤萨格纳克干涉仪和光纤模态干涉仪高灵敏度温度传感器，并对其传感特性进行了实验研究。光纤萨格纳克干涉仪由一段保偏光纤和3 dB四端口耦合器组成，光纤模态干涉仪由一段少模光纤与两段单模光纤熔接形成。选取光纤萨格纳克干涉仪作为温度传感器，光纤模态干涉仪充当滤波器。通过控制保偏光纤和少模光纤的长度，使光纤萨格纳克干涉仪的自由光谱范围为2.63 nm,光纤模态干涉仪的自由光谱范围为2.82 nm,两者的自由光谱范围相近又不相等，从而形成光学游标效应。实验结果显示，单个光纤萨格纳克干涉仪的温度灵敏度为-1.30 nm/℃,级联光纤模态干涉仪后，其温度灵敏度提高到-18.19 nm/℃,放大倍数为13.99。该传感器制造工艺简单，稳定性好，不需要特殊的增敏材料来提高灵敏度。     

基于二维傅立叶变换的时空谱数字测向技术

应用二维傅立叶变换的时空谱估计技术研究了测向问题，给出了基于正弦相参信号时空谱的测向理论表达式，并详细分析、评估了本测向方法的性能。最后，通过计算机仿真实验验证了本测向算法的有效性及可行性。     

基于分数阶谱相减的弱目标检测方法

提出了海杂波背景下的基于分数阶谱相减的弱运动目标检测方法。该方法通过对回波信号检测单元和参考单元分别作分数阶Fourier变换(FRFT),然后将得到的两个模值相减来构成检测统计量,达到抑制杂波、提高检测概率的目的。利用IPIX实测数据实验表明,所提方法在增加目标与杂波FRFT峰值差、提高信杂比以及检测概率等方面都明显优于仅对回波作FRFT变换。在信杂比降低到-12 dB时仍能很容易地检测出目标。设置适当的恒虚警检测门限,该检测方法能够达到更好的检测效果。     

基于Sagnac干涉仪的光纤直流磁场传感研究

将磁致伸缩材料粘贴单模光纤构成的光纤磁传感探头接入Sagnac光纤环的一端,外加交流磁场将探头周围的直流磁场加载到4.9kHz的高频信号上,建立了基于Sagnac干涉仪的光纤直流磁场传感实验系统.采用锯齿波相位调制的方法,将干涉仪系统相位偏置在π/2附近,通过测量所加高频信号的幅度,实现了对直流磁场的测量.实验得到系统信号稳定性为0.4%,磁场分辨率为4.3nT,并给出36.75g铁块经过磁传感探头时系统的响应信号.     

基于判别低秩矩阵恢复和稀疏表示的车标识别

针对现有的车标识别方法无法较好地处理阴影、遮挡、污损等情况下识别率低的问题,提出了基于判别低秩矩阵恢复和稀疏表示的车标识别方法。文中采用判别低秩矩阵恢复来纠正效果较差的训练样本,并通过学习一个低秩投影矩阵,将待测样本特征矩阵投影到相应低秩子空间来恢复干净的测试样本。并采用稀疏表示方式进行分类识别。同时,在Medialab LPR Database数据集上进行了对比实验,实验结果表明,该识别方法的性能要优于当前其他识别方法