基于FPGA的干涉式成像光谱仪实时光谱识别关键技术研究
发布时间：2021-08-26 21:15
干涉式成像光谱仪利用光学干涉系统获取目标区域的二维干涉图像,根据傅里叶变换光谱学原理得到图像中各像素点对应的光谱数据。通过分析光谱数据,可以对目标进行探测和识别,在大气检测、环境与灾害监测、军事侦察等领域具有重要的应用。现在的干涉式成像光谱仪系统一般先实时获取目标干涉图信息,然后将信息压缩、送到数据处理平台进行光谱复原及光谱识别等操作,整个过程耗时长,不能达到军事侦察、重大灾难实时监测等紧急事务的要求。所以,进行干涉式成像光谱仪实时光谱识别研究是格外迫切而必要的。干涉式成像光谱仪实时光谱识别研究面临干涉式成像光谱仪采集的干涉图分辨率高、复原光谱信息量大以及光谱识别算法实时性要求高等技术难题。FPGA芯片的设计方式灵活,适合数据的并行和流水线方式处理,容量大,功耗低,相对于其他处理器更适合数据的实时性处理。本文针对上述技术难题对基于FPGA的空间调制型干涉式成像光谱仪实时光谱识别关键技术如干涉图数据生成、光谱复原、光谱识别和目标场景反演等进行研究,并根据各关键技术设计出对应模块,组成干涉式成像光谱仪实时光谱识别系统。本文用干涉图数据生成模块模拟干涉仪以及模拟/数字转换器等,为系统提供干涉...
【文章来源】：桂林电子科技大学广西壮族自治区
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LASIS原理样机与干涉图像
*1 像素经非均匀性校正的目标场景干涉图数t 数据，这些数据形成 128*256 的数据矩阵对 128*256 的干涉图数据按列进行去直流、 128*256 的复原光谱图。由于每列复原光谱有特征信息，所以只对每列复原光谱前 128 的复原光谱数据的第 30、40、50、60、7原光谱与各参考光谱进行光谱角匹配，得到各参考光谱对应的光谱角进行分析，确定光光谱识别效果。均匀性校正的 128*256 的干涉图数据，首先据归一化到 0 到 255 之间。然后对归一化后第 60 列数据为例，其去直流前后图像分别，去直流操作前，信号波动在 150 上下，交 50；去直流操作后，信号在 0 值上下波动，信号中原有的直流信号，得到交流信号。
(a)去直流前数据 (b)去直流后数据图 2-7 第 60 列干涉图数据图 2-8 为 FPGA 的 ROM 中存储的扩大了 1024 倍的切趾函数，将去直流后的干涉流信号与图 2-8 中切趾函数相乘，完成干涉信号的切趾，然后将切趾后的信号进里叶变换和相位校正，得到复原光谱和复原光谱灰度图像如图 2-9 所示。图 2-8 切趾函数
【参考文献】：
期刊论文
[1]嫦娥四号探测器系统任务设计[J]. 叶培建,孙泽洲,张熇,张立华,吴学英,李飞. 中国科学:技术科学. 2019(02)
[2]基于FPGA的高光谱异常目标检测RXD算法加速方案[J]. 郑毓轩,李云松,师艳子,曲家慧,谢卫莹. 北京航空航天大学学报. 2018(12)
[3]成像光谱遥感在森林病虫害监测中的应用研究[J]. 汪红,舒清态,吴秋菊,刘延,吉一涛. 中国植保导刊. 2018(01)
[4]基于FPGA的HDMI多模式显示模块设计[J]. 向梓豪,陆安江. 电子技术应用. 2017(12)
[5]大气风场探测星载干涉光谱技术进展综述[J]. 冯玉涛,李娟,赵增亮,原晓斌,余涛,付建国,武魁军,郝雄波,傅頔,孙剑,王爽. 上海航天. 2017(03)
[6]光谱相似性度量方法研究进展[J]. 赵春晖,田明华,李佳伟. 哈尔滨工程大学学报. 2017(08)
[7]红外干涉光谱仪非均匀性在线校正与仿真（英文）[J]. 殷世民,王具民,梁永波,朱健铭,韩国成,陈洪波,陈真诚. 红外与激光工程. 2016(06)
[8]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[J]. 殷世民,梁永波,朱健铭,梁晋涛,陈真诚. 红外与激光工程. 2015(12)
[9]一种动态调整权值的交叉相关光谱匹配算法[J]. 赵冬,吴柯. 地理空间信息. 2015(04)
[10]基于光谱信息散度与光谱角匹配的高光谱解混算法[J]. 刘万军,杨秀红,曲海成,孟煜. 计算机应用. 2015(03)
博士论文
[1]基于高光谱成像技术的土壤水盐及番茄植株水分诊断机理与模型研究[D]. 吴龙国.宁夏大学 2017
[2]月球表面FeO丰度反演与火星大气沙尘悬浮层数值模拟研究[D]. 王超.华东师范大学 2016
[3]星载傅里叶光谱仪星上数据处理研究[D]. 邹曜璞.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[4]基于傅里叶光谱偏振成像技术目标识别系统研究[D]. 闫晓燕.太原理工大学 2015
[5]大孔径静态干涉光谱成像仪信噪比研究[D]. 王爽.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[6]城市规划动态监管卫星遥感关键技术研究[D]. 梁松.中国矿业大学（北京） 2010
硕士论文
[1]基于FPGA的高光谱图像RX异常检测研究[D]. 赵兵.杭州电子科技大学 2013
[2]干涉光谱成像数据处理的FPGA实现[D]. 王亚琴.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2012
[3]干涉光谱成像技术中数据处理算法研究[D]. 王琰.南京理工大学 2010
[4]基于FPGA的高光谱图像实时端元提取技术研究[D]. 侯浩亮.国防科学技术大学 2009
本文编号：3364982
【文章来源】：桂林电子科技大学广西壮族自治区
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LASIS原理样机与干涉图像
*1 像素经非均匀性校正的目标场景干涉图数t 数据，这些数据形成 128*256 的数据矩阵对 128*256 的干涉图数据按列进行去直流、 128*256 的复原光谱图。由于每列复原光谱有特征信息，所以只对每列复原光谱前 128 的复原光谱数据的第 30、40、50、60、7原光谱与各参考光谱进行光谱角匹配，得到各参考光谱对应的光谱角进行分析，确定光光谱识别效果。均匀性校正的 128*256 的干涉图数据，首先据归一化到 0 到 255 之间。然后对归一化后第 60 列数据为例，其去直流前后图像分别，去直流操作前，信号波动在 150 上下，交 50；去直流操作后，信号在 0 值上下波动，信号中原有的直流信号，得到交流信号。
(a)去直流前数据 (b)去直流后数据图 2-7 第 60 列干涉图数据图 2-8 为 FPGA 的 ROM 中存储的扩大了 1024 倍的切趾函数，将去直流后的干涉流信号与图 2-8 中切趾函数相乘，完成干涉信号的切趾，然后将切趾后的信号进里叶变换和相位校正，得到复原光谱和复原光谱灰度图像如图 2-9 所示。图 2-8 切趾函数
【参考文献】：
期刊论文
[1]嫦娥四号探测器系统任务设计[J]. 叶培建,孙泽洲,张熇,张立华,吴学英,李飞. 中国科学:技术科学. 2019(02)
[2]基于FPGA的高光谱异常目标检测RXD算法加速方案[J]. 郑毓轩,李云松,师艳子,曲家慧,谢卫莹. 北京航空航天大学学报. 2018(12)
[3]成像光谱遥感在森林病虫害监测中的应用研究[J]. 汪红,舒清态,吴秋菊,刘延,吉一涛. 中国植保导刊. 2018(01)
[4]基于FPGA的HDMI多模式显示模块设计[J]. 向梓豪,陆安江. 电子技术应用. 2017(12)
[5]大气风场探测星载干涉光谱技术进展综述[J]. 冯玉涛,李娟,赵增亮,原晓斌,余涛,付建国,武魁军,郝雄波,傅頔,孙剑,王爽. 上海航天. 2017(03)
[6]光谱相似性度量方法研究进展[J]. 赵春晖,田明华,李佳伟. 哈尔滨工程大学学报. 2017(08)
[7]红外干涉光谱仪非均匀性在线校正与仿真（英文）[J]. 殷世民,王具民,梁永波,朱健铭,韩国成,陈洪波,陈真诚. 红外与激光工程. 2016(06)
[8]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[J]. 殷世民,梁永波,朱健铭,梁晋涛,陈真诚. 红外与激光工程. 2015(12)
[9]一种动态调整权值的交叉相关光谱匹配算法[J]. 赵冬,吴柯. 地理空间信息. 2015(04)
[10]基于光谱信息散度与光谱角匹配的高光谱解混算法[J]. 刘万军,杨秀红,曲海成,孟煜. 计算机应用. 2015(03)
博士论文
[1]基于高光谱成像技术的土壤水盐及番茄植株水分诊断机理与模型研究[D]. 吴龙国.宁夏大学 2017
[2]月球表面FeO丰度反演与火星大气沙尘悬浮层数值模拟研究[D]. 王超.华东师范大学 2016
[3]星载傅里叶光谱仪星上数据处理研究[D]. 邹曜璞.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[4]基于傅里叶光谱偏振成像技术目标识别系统研究[D]. 闫晓燕.太原理工大学 2015
[5]大孔径静态干涉光谱成像仪信噪比研究[D]. 王爽.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[6]城市规划动态监管卫星遥感关键技术研究[D]. 梁松.中国矿业大学（北京） 2010
硕士论文
[1]基于FPGA的高光谱图像RX异常检测研究[D]. 赵兵.杭州电子科技大学 2013
[2]干涉光谱成像数据处理的FPGA实现[D]. 王亚琴.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2012
[3]干涉光谱成像技术中数据处理算法研究[D]. 王琰.南京理工大学 2010
[4]基于FPGA的高光谱图像实时端元提取技术研究[D]. 侯浩亮.国防科学技术大学 2009
本文编号：3364982
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