基于轮转滤光片的水下光谱成像技术研究
发布时间：2021-05-16 20:10
在海底勘探、海洋资源开发、海洋生物监测和识别等过程中,水下光学成像技术是一种非常重要的观测手段。然而由于水体对不同波段的光线具有选择性的吸收和散射,使得不同波长的光在水下出现不同程度的衰减,导致水下图像色彩出现严重失真,尤其在远距离成像过程中,图像失真更加明显。本文基于国家863计划项目“用于海底表层目标探测和识别的水下高光谱成像技术研究”的研究工作,针对水下光谱成像系统需求,对基于轮转滤光片的水下光谱成像技术进行了探索研究,以期对海底表层目标物的探测和识别研究提供原始的水下目标物光谱图像数据,为项目的顺利展开提供有价值的参考。本文从项目任务需求出发,首先研制了一套基于轮转滤光片的水下光谱成像系统,分别对系统的成像模块、控制系统、耐压舱体的结构及密封系统等的软硬件进行了设计。为了便于成像,系统采用自动聚焦方法。对基于轮转滤光片的水下光谱成像系统样机进行测试和定标,分别对系统的光谱成像范围及分辨率进行测试,并对成像仪绝对辐射及灵敏限进行定标。通过实验,分别在空气中和水下对一块带有不同色块的塑料色板进行多光谱图像的获取。使用基于带色彩恢复的多尺度Retinex图像增强算法（MSRCR）对获...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 水下光学成像技术
1.3 光谱成像技术
1.3.1 多光谱和高光谱遥感原理
1.3.2 光谱成像技术的国内外研究现状
1.3.3 光谱成像技术分类
1.3.4 光谱成像技术分光技术简介
1.4 海水的光学特性
1.4.1 光在水下的传输理论
1.4.2 海水的表观和内在光学特性
1.5 论文的主要研究内容及安排
2 基于轮转滤光片的水下光谱成像技术理论研究
2.1 基于滤光结构的水下光谱成像系统的工作原理
2.2 水下光谱成像理论模型
2.3 自制水下宽光谱照明光源简介
2.4 本章小结
3 基于轮转滤光片的水下光谱成像仪样机研制
3.1 光谱成像系统
3.1.1 分光模块
3.1.2 成像模块
3.1.3 探测器模块
3.2 光谱成像系统的自动聚焦实现
3.2.1 基于图像处理的自动聚焦原理
3.2.2 基于图像处理的聚焦方法
3.2.3 典型的图像清晰度评价函数
3.2.4 自动聚焦搜索算法简介
3.3 数据采集及控制系统
3.4 应用软件设计
3.5 系统机械设计
3.5.1 水下耐压舱体结构设计理论计算
3.5.2 密封舱体壁厚设计
3.5.3 端盖设计
3.5.4 密封设计
3.6 耐压舱体ANSYS仿真及结果分析
3.7 机械加工及测试
3.8 本章小结
4 基于轮转滤光片的水下光谱成像仪关键参数定标与测试
4.1 光谱覆盖范围及分辨率测试
4.1.1 测试装置及方法
4.1.2 测试结果及分析
4.2 绝对辐射定标与测试
4.2.1 绝对辐射定标测试装置及方法
4.2.2 测试结果及分析
4.3 水下光谱成像仪灵敏限定标
4.3.1 灵敏限定标方法
4.3.2 测试结果及分析
4.4 本章小结
5 系统实验与结果分析
5.1 光谱图像获取与分析
5.2 基于MSRCR补偿算法研究及色彩还原
5.3 光谱图像补偿及色彩还原结果及分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
参考文献
附录一 Thorlabs公司FB系列带通滤色片参数表
附录二 作者简历及论文发表情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]高分辨力成像光谱仪光谱定标研究[J]. 葛明锋,亓洪兴,王雨曦,周潘伟,韩贵丞. 光电工程. 2015(12)
[2]两个不等光强非相干光源的分辨研究[J]. 霍雨翀,彭毅. 物理与工程. 2011(06)
[3]中国卫星海洋观测系统及其传感器（1988—2025）[J]. 贺明霞,贺双颜,王云飞,杨倩,唐军武,胡传民. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2011(12)
[4]海洋中溶解甲烷的原位检测技术研究进展[J]. 于新生,李丽娜,胡亚丽,兰志刚. 地球科学进展. 2011(10)
[5]调焦系统中数字图像清晰度评价函数的研究[J]. 冯精武,喻擎苍,芦宁,冯海明. 机电工程. 2011(03)
[6]水下磁性物体探测定位方法研究[J]. 张建春,王传雷. 水运工程. 2009(10)
[7]海底沉积物保真采样技术研究进展[J]. 秦华伟,陈鹰,顾临怡,李世伦,陶军,耿雪樵. 热带海洋学报. 2009(04)
[8]海底底质声学性质原位测量技术研究[J]. 郭常升,窦玉坛,谷明峰. 海洋科学. 2007(08)
[9]时移磁测方法正反演研究[J]. 杨波,姬广忠. 工程地球物理学报. 2007(02)
[10]多频海底声学原位测试系统研制和试用[J]. 陶春辉,金肖兵,金翔龙,周建平,张金辉,顾春华,何拥华,WIL KENS R H,FU Shung-sheng. 海洋学报(中文版). 2006(02)
博士论文
[1]深海热液保真采样机理及其实现技术研究[D]. 吴世军.浙江大学 2009
硕士论文
[1]用于水下光谱成像的水下宽谱光源的研究[D]. 陈瑶.浙江大学 2017
[2]基于图像处理的自动调焦算法研究及系统实现[D]. 陶金有.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
[3]基于图像处理的自动聚焦理论研究[D]. 王家川.重庆大学 2012
[4]基于液晶可调谐的宽光谱窄带Lyot型滤光片[D]. 曹星烨.浙江大学 2008
[5]海洋高光谱数据在浅海海底探测及赤潮藻类信息提取中的应用[D]. 李肖霞.中国海洋大学 2007
本文编号：3190320
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 水下光学成像技术
1.3 光谱成像技术
1.3.1 多光谱和高光谱遥感原理
1.3.2 光谱成像技术的国内外研究现状
1.3.3 光谱成像技术分类
1.3.4 光谱成像技术分光技术简介
1.4 海水的光学特性
1.4.1 光在水下的传输理论
1.4.2 海水的表观和内在光学特性
1.5 论文的主要研究内容及安排
2 基于轮转滤光片的水下光谱成像技术理论研究
2.1 基于滤光结构的水下光谱成像系统的工作原理
2.2 水下光谱成像理论模型
2.3 自制水下宽光谱照明光源简介
2.4 本章小结
3 基于轮转滤光片的水下光谱成像仪样机研制
3.1 光谱成像系统
3.1.1 分光模块
3.1.2 成像模块
3.1.3 探测器模块
3.2 光谱成像系统的自动聚焦实现
3.2.1 基于图像处理的自动聚焦原理
3.2.2 基于图像处理的聚焦方法
3.2.3 典型的图像清晰度评价函数
3.2.4 自动聚焦搜索算法简介
3.3 数据采集及控制系统
3.4 应用软件设计
3.5 系统机械设计
3.5.1 水下耐压舱体结构设计理论计算
3.5.2 密封舱体壁厚设计
3.5.3 端盖设计
3.5.4 密封设计
3.6 耐压舱体ANSYS仿真及结果分析
3.7 机械加工及测试
3.8 本章小结
4 基于轮转滤光片的水下光谱成像仪关键参数定标与测试
4.1 光谱覆盖范围及分辨率测试
4.1.1 测试装置及方法
4.1.2 测试结果及分析
4.2 绝对辐射定标与测试
4.2.1 绝对辐射定标测试装置及方法
4.2.2 测试结果及分析
4.3 水下光谱成像仪灵敏限定标
4.3.1 灵敏限定标方法
4.3.2 测试结果及分析
4.4 本章小结
5 系统实验与结果分析
5.1 光谱图像获取与分析
5.2 基于MSRCR补偿算法研究及色彩还原
5.3 光谱图像补偿及色彩还原结果及分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
参考文献
附录一 Thorlabs公司FB系列带通滤色片参数表
附录二 作者简历及论文发表情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]高分辨力成像光谱仪光谱定标研究[J]. 葛明锋,亓洪兴,王雨曦,周潘伟,韩贵丞. 光电工程. 2015(12)
[2]两个不等光强非相干光源的分辨研究[J]. 霍雨翀,彭毅. 物理与工程. 2011(06)
[3]中国卫星海洋观测系统及其传感器（1988—2025）[J]. 贺明霞,贺双颜,王云飞,杨倩,唐军武,胡传民. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2011(12)
[4]海洋中溶解甲烷的原位检测技术研究进展[J]. 于新生,李丽娜,胡亚丽,兰志刚. 地球科学进展. 2011(10)
[5]调焦系统中数字图像清晰度评价函数的研究[J]. 冯精武,喻擎苍,芦宁,冯海明. 机电工程. 2011(03)
[6]水下磁性物体探测定位方法研究[J]. 张建春,王传雷. 水运工程. 2009(10)
[7]海底沉积物保真采样技术研究进展[J]. 秦华伟,陈鹰,顾临怡,李世伦,陶军,耿雪樵. 热带海洋学报. 2009(04)
[8]海底底质声学性质原位测量技术研究[J]. 郭常升,窦玉坛,谷明峰. 海洋科学. 2007(08)
[9]时移磁测方法正反演研究[J]. 杨波,姬广忠. 工程地球物理学报. 2007(02)
[10]多频海底声学原位测试系统研制和试用[J]. 陶春辉,金肖兵,金翔龙,周建平,张金辉,顾春华,何拥华,WIL KENS R H,FU Shung-sheng. 海洋学报(中文版). 2006(02)
博士论文
[1]深海热液保真采样机理及其实现技术研究[D]. 吴世军.浙江大学 2009
硕士论文
[1]用于水下光谱成像的水下宽谱光源的研究[D]. 陈瑶.浙江大学 2017
[2]基于图像处理的自动调焦算法研究及系统实现[D]. 陶金有.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
[3]基于图像处理的自动聚焦理论研究[D]. 王家川.重庆大学 2012
[4]基于液晶可调谐的宽光谱窄带Lyot型滤光片[D]. 曹星烨.浙江大学 2008
[5]海洋高光谱数据在浅海海底探测及赤潮藻类信息提取中的应用[D]. 李肖霞.中国海洋大学 2007
本文编号：3190320
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