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。     

成像光谱学Ⅶ

一、光谱仪的设计原理1.红外超光谱成像傅里叶变换光谱仪和色散光谱 仪:基于信噪比的性能比较(特邀论文,L.W. Schumann等,美国宇航公司)2.超光谱传感器的设计与研制(E.M.Winter,美国 技术研究联合公司)3.机载成像光谱仪的性能要求(M.E.Schaepman 等,瑞士苏黎世大学)4.推帚式成像光谱仪如何达到大吞吐量(R.G.Sel— lar,美国佛罗里达空间研究所)     

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。     

遥感与图像处理

2002111003红外超光谱成像傅里叶变换光谱仪和色散光谱仪的信噪比性能的比较二I吐缸red hyperspectrd imagingFourler transform and dlsperslve spectrometers:comparison ofslgnal-to-noise po口0rmance[英I/Schumann L W,omheim T S // Proc.SPIE.2001,4480.一 l-14 20o二1110o毛机载成像光谱仪的性能要求。PI血llCC Cqlll——ments for airborne imaging spectrometers[英]/Scha。pman M E,Schlapf6r D… //Proc.SPIE。2001,4吩0.一二3一31 20021回1005用推帚成像光…     

对地观测激光成像的回波阵列探测技术

激光回波阵列探测技术由于其低耗高速等特点，正在受到研究者日益关注．单元器件阵列化和线阵电路是两种投入实际使用的技术．文章介绍了此类系统设计参数的选择方法．提出了推帚式激光三维成像系统组成方案，以此作为依据设计了原型系统，并对设计中应该注意的重点问题进行了研究．     

短波红外成像光谱仪性能检测与定标装置

描述了短波红外成像光谱仪研制中所涉及的系统总体性能检测与定标装置。短波红外成像光谱仪是一台基于棱镜-光栅-棱镜(PGP)组合分光的、推帚式成像的航空成像光谱仪,其探测波段为1000～2500nm,视场角为24°。短波红外成像光谱仪的系统总体性能检测贯穿于仪器研制的全过程中,包括对仪器关键器件的测试,仪器的空间分辨率、视场角及内方位元素等总体指标的测试;短波红外成像光谱仪的定标包括实验室及外场的光谱及辐射定标,它们是仪器研制成功及深入应用的重要保证。最后,介绍了仪器在实验室成像及航空实验成像状况。     

遥感、遥测、遥控

TP7 2005031478 对地观测激光成像的回波阵列探测技术/陈育伟,张立,胡以华,张海洪,舒嵘,王建宇(中国科学院上海技术物理所)//红外与毫米波学报. -2004,23f3).-169-171,175 激光回波阵列探测技术由于其低耗高速等特点,正在受到研究者日益关注.单元器件阵列化和线阵电路是两种投入实际使用的技术.文章介绍了该类系统设计参数的选择方法.提出了推帚式激光三维成像系统组成方案,以此作为依据设计了原型系统,并对设计中应该注意的重点问题进行了研究.图3参7(李)     

哈达玛变换光谱仪压缩系统研究

基于数字微镜器件（Digital Micro-mirror Device,DMD）的哈达玛变换光谱技术是一种新型的光谱成像技术,在国内很少有专门的文献介绍[1-3]。文中先介绍了本实验采用的哈达玛光谱仪样机的原理以及哈达玛成像光谱仪优于传统模板的独特之处,即获得多通道高能量高信噪比的光谱数据,然后描述对采集到的数据做高信噪比,高分辨率压缩处理,最后说明此方法实时性强、图像失真小、实用价值高、应用范围广。     

基于面阵凝视扫描成像的声光光谱成像系统及其图像拼接验证试验

可见---近红外波段(400~1000 nm)成像光谱仪是光谱探测的重要组成部分。基于地基可见-近红外成像光谱仪的实际应用要求,提出了一种采用面阵探测器的凝视扫描成像光谱仪。该光谱仪还采用了一种新型分光器件声光可调谐滤波器(Acousto-optic tunable filter, AOTF)。其特点在于光谱的选择和施加在它上的射频信号频率相关;通过程序控制射频信号,就可以控制光谱。利用设计的光谱成像原理样机进行了地基月球观测实验。基于实验的特点,在光学设计的基础上增加了另一路共轴辅助光学,以进行粗定位。在获取成像结果之后,进行了辐射定标和尺度不变特征变换(Scale Invariant Feature Transformation, SIFT)图像拼接处理。结果表明,利用二维指向机构和面阵凝视成像系统,结合SIFT图像拼接算法,可有效获取宽幅高分辨率光谱图像。     

机载激光三维成像技术应用现状

分析了扫描式、推帚式两种机载激光三维成像技术的基本原理,对两种技术的总体特点进行了比较.列出了当前典型的机载激光三维成像系统参量,对较先进的ALTM-1210,SHOALS-1000T,ASLRIS以及中国的“863推帚式”四个系统的组成和参量做了具体介绍.展望了机载激光三维成像技术的应用前景及发展方向.     

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。     

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.     

数字微镜光谱仪光谱能量理论的研究与实验

针对目前微型光谱仪器光通量低,不利于微弱信号检测分析的问题,设计了基于哈达玛变换的近红外光谱仪,提出一种互补S矩阵编码调制的方案;通过建立以数字微镜为核心的坐标体系模型,详细推导了互补S矩阵编码调制算法对于能量的增强理论。实验结果表明:S矩阵编码组合测量较逐次扫描测量光能量有了明显增强,但是依然丢失近一半的光谱能量;而互补S矩阵编码方案可以在S矩阵编码调制的基础上,补偿其关状态微镜单元上损失的能量;当光谱信号极其微弱时,逐次扫描方式所测得的光谱信号淹没于噪声信号中,而S矩阵编码与互补S矩阵编码测得的光谱信号依然可辨,并且在噪声抑制方面,互补S矩阵优于S矩阵,与理论分析基本吻合。     

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。     

阵列探测器在成像光谱偏振探测技术中的应用

为了在成像光谱偏振仪中应用近红外焦平面阵列探测器,得到高质量图像信息,结合新型弹光调制型成像光谱偏振探测技术(PEM-ISP),提出了一种基于近红外焦平面阵列探测器的成像光谱偏振探测技术。系统采用FPA-640512 InGaAs焦平面阵列探测器作为光学探测接收元件,采用高速现场可编程门阵列(FPGA)作为信号处理单元,做到对光学信号的快速采集与并行处理,满足高速、实时的信号传输与处理技术等要求。将经高速A/D采集得到的数据存储到FPGA外扩的静态随机存储器中,以保证数据的完整性。数据最终通过通用串行总线传至上位机,上位机通过LabVIEW实现图像还原。结果表明,该系统可以应用于PEM-ISP中,实现对测量信号的精确探测与采集,并得到完整的图像信息。     

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。     

单元探测器的短波红外多通道成像技术

为了克服目前利用短波红外焦平面器件获取图像时难以消除器件自身的非均匀性、难以获得较高信噪比及成本昂贵的问题,提出了利用单元探测器和DMD(Digital Micro-mirror Device)空间光调制器件,基于Hadamard变换进行凝视光学画幅式成像的方法.通过实验验证了该方法用于短波红外成像的可行性.对实现低成本、高信噪比的短波红外成像具有借鉴意义.     

Silicon-based micro-Fourier spectrometer

A novel Fourier spectrometer based on a partly transparent thin-film detector in combination with a tunable silicon micromachined mirror was developed. The operation principle based on the detection of an intensity profile of a standing-wave by introducing a partly transparent detector in the standing-wave. Varying the position of the mirror results in a phase shift of the standing-wave and thus in a change of the optical intensity profile within the detector. The photoelectric active region of the sensor is thinner than the wavelength of the incoming light, so that the modulation of the intensity leads to the modulation of the photocurrent. The spectral information of the incoming light can be determined by the Fourier transform of the sensor signal. Based on the linear arrangement of the sensor and the mirror, the spectrometer facilitates the realization of one- and two-dimensional arrays of spectrometers combining spectral and spatial resolution. The operation principle of the spectrometer will be described and the influence of the detector design on the spectrometer performance will be discussed. A spectral resolution of down to 6 nm was achieved under real-time imaging conditions.     

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。