傅里叶变换高光谱成像复原方法研究

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光谱成像技术是光谱技术与成像技术的结合,通过测量探测目标的三维数据立方体得到二维空间信息和一维光谱信息。傅里叶变换光谱仪由于宽光谱、高分辨率的特性,被广泛地应用到环境监测、医学影像、地质勘探和军事侦察等领域。基于双折射偏振晶体的干涉成像光谱仪经过推扫的方式得到上千张干涉图像,需要进行高精度的快速图像配准以便提取出干涉数据。为了保证光谱复原的精度,后期的光谱复原算法成为了关键。本课题基于Savart平板的干涉光谱成像系统,研究了傅里叶变换光谱技术干涉数据处理算法。首先,在傅里叶变换光谱技术的基础上,研究了基于Savart剪切器的双折射偏振干涉成像系统的工作原理、光程差分析以及光程差的求解方法。其次,研究了基于锐化预处理的局部上采样相位相关配准算法。通过讨论边缘提取算法、图像亚像素级配准算法和局部矩阵乘法的理论基础,提出快速高精度配准算法的主要流程,通过实验仿真,进行算法性能和运算效率分析。接着,针对傅里叶干涉信号的特性,研究光谱复原算法中的去趋势项、切趾和相位校正算法。讨论了最小二乘拟合法和小波变换法去趋势项方法,分析了三角窗、汉明窗、高斯窗切趾函数的频谱特性,研究模平方根法、Mertz乘积法和Foeman卷积法三种相位校正算法,并通过实验仿真分析选取最优方法。针对光程差的非线性采样问题,研究基于快速高斯网格法的非均匀傅里叶变换算法(NUFFT)。通过实验对比FFT算法,干涉图二次插值采样法以及NUFFT算法复原光谱的精度和速度,验证本文方法的可行性。最后,通过搭建实验装置,对系统进行光谱定标和分辨率实验,并对采集得到的外场干涉数据进行光谱复原分析,验证光谱复原算法的性能。
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