散射光谱仪系统构建及光谱重建方法研究
发布时间：2021-08-25 06:05
光波经过毛玻璃、雾霾、生物组织等散射介质时会发生散射,因此,基于“光沿直线传播”理论的传统成像方式在有散射介质时无法实现对目标成像。针对这一问题,近年来提出的波前调制、图像重建、散斑相关以及去卷积等透过散射介质成像技术已经取得了很大进展,然而,这些研究均致力于解决强散射环境中目标二维空间信息的获取问题,对于同时获取目标光谱辐射特性目前仍少有涉及。本文围绕这一问题展开研究,提出了可与现有散射成像技术相结合的散射光谱分辨系统及光谱重建算法,具体研究内容包括光谱散斑形成和光谱特性、散射光谱仪理论建模、光谱重建算法以及实验系统组成和结果分析。本文从散射现象及光谱散斑的形成入手,重点介绍了自由空间传播的反射与透射两种光路中散斑分布,并针对散斑分布的光谱特性,进一步推导了散斑相关性与波长变化的不等式关系。在此基础上,对比传统光谱仪分光原理及分辨能力计算方法,引入基于光谱到空间映射的散射光谱仪分光模式以及光谱相关函数。利用散射介质的相位延迟特性及散射光谱仪光谱到空间映射理论,构建光谱测量理论模型,并通过数值仿真标定光谱传输矩阵。结合光谱重建算法和非线性优化算法对仿真模型的正确性进行了验证,实现了对入...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同颗粒尺寸对散射光分布影响
至更多次散射，该类散射被称为多重散射，如光波通过生物组织、氧化锌、云雾、浑浊水体等随机散射介质后会产生多重散射现象。图2.2 单次散射及多次散射示意图2.1.2 光谱散斑定义及起因自 20 世纪 60 年代激光器问世之后不久，研究人员发现了一种十分奇怪的现象，当激光照明诸如纸张或墙面时，经其反射在空间上会形成具有高对比度及细微尺寸的颗粒状结构，即散斑。由于激光相干性很高，当其照射在粗糙表面或通过不均匀的介质时，测得的光强即会出现随机分布的高度涨落[46,47]。日常生活中，相比于光波波长，多数材料表面都是粗糙的，其可以看作由大量无规则的随机面元构成[48,49,50]，每一个微小面元对观测到的总光场提供了具有随机相位的基元
若无单一复分量在求和中占据绝对优势，最终的求和结果具有随机性。大量的随机行走即构成了颗粒状结构的散斑分布。图2.3 随机行走示意图：(a)相长叠加；(b)相消叠加由于散斑具有随机性、无空间参照性，其在全息干涉成像技术、合成孔径雷达、相干层析技术以及生物医学成像等领域[51-55]，均被视为一种相干噪声，极大的限制了光学系统的分辨率及图像的解译性。长此以来，研究人员致力于抑制散斑效应的研究，提出了散斑噪声抑制算法[56]、偏振抑制散斑对比度、漫射体时间平均法、减弱时间相干性和空间相干性[57]等方法以实现对散斑的抑制。以上提到的散斑均为传统意义上的散斑，其本质为激光照射到粗糙介质表面或穿透混沌介质后光波产生的干涉现象，理论上采用非相干照明不会观察到散斑分布。本文对传统意义上的散斑定义进行了推广，以便对本文中光学系统产生的随机分布的颗粒状分布进行更形象地描述。本文中所提及的全部“散斑”，是指光波照射到随机介质表面或穿透随机散射介质后，携带信息的光束在其表面或内部发生散射，从而在空间上形成随机分布的颗粒状分布。2.2 散斑分布与光谱特性2.2.1 反射光路散斑分布散斑的强度分布依赖于入射光的波长。由于衍射角与波长成正比
【参考文献】：
期刊论文
[1]光学全息的现状与发展趋势[J]. 梁丹华,孙华燕. 装备制造技术. 2017(01)
[2]A colloidal quantum dot spectrometer[J]. Science Foundation in China. 2015(03)
[3]常见光谱仪的原理分析及性能比较[J]. 郝丑怡. 山西师范大学学报(自然科学版). 2013(S2)
[4]生物医学光声成像的研究进展[J]. 陶超,刘晓峻. 应用声学. 2012(06)
[5]常规光谱仪器分光系统的比较[J]. 杨怀栋,陈科新,黄星月,何庆声,金国藩. 光谱学与光谱分析. 2009(06)
[6]散斑噪声抑制算法比较研究[J]. 蒋立辉,赵春晖,王骐. 激光与红外. 2002(06)
[7]电子散斑干涉术[J]. 郑光昭. 广东工业大学学报. 2002(03)
[8]光学相干层析技术及其在生物医学中的应用[J]. 王新宇,张春平,张连顺,薛玲玲,张光寅. 光机电信息. 2001(09)
博士论文
[1]基于成像链分析的光谱成像系统设计方法研究[D]. 付强.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2012
[2]合成孔径雷达图像目标识别技术研究[D]. 胡利平.西安电子科技大学 2009
硕士论文
[1]基于LED照明的无透镜散射成像方法研究[D]. 代伟佳.西安电子科技大学 2015
[2]基于模拟退火的谱反演方法研究[D]. 陈科.中国石油大学 2010
本文编号：3361552
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同颗粒尺寸对散射光分布影响
至更多次散射，该类散射被称为多重散射，如光波通过生物组织、氧化锌、云雾、浑浊水体等随机散射介质后会产生多重散射现象。图2.2 单次散射及多次散射示意图2.1.2 光谱散斑定义及起因自 20 世纪 60 年代激光器问世之后不久，研究人员发现了一种十分奇怪的现象，当激光照明诸如纸张或墙面时，经其反射在空间上会形成具有高对比度及细微尺寸的颗粒状结构，即散斑。由于激光相干性很高，当其照射在粗糙表面或通过不均匀的介质时，测得的光强即会出现随机分布的高度涨落[46,47]。日常生活中，相比于光波波长，多数材料表面都是粗糙的，其可以看作由大量无规则的随机面元构成[48,49,50]，每一个微小面元对观测到的总光场提供了具有随机相位的基元
若无单一复分量在求和中占据绝对优势，最终的求和结果具有随机性。大量的随机行走即构成了颗粒状结构的散斑分布。图2.3 随机行走示意图：(a)相长叠加；(b)相消叠加由于散斑具有随机性、无空间参照性，其在全息干涉成像技术、合成孔径雷达、相干层析技术以及生物医学成像等领域[51-55]，均被视为一种相干噪声，极大的限制了光学系统的分辨率及图像的解译性。长此以来，研究人员致力于抑制散斑效应的研究，提出了散斑噪声抑制算法[56]、偏振抑制散斑对比度、漫射体时间平均法、减弱时间相干性和空间相干性[57]等方法以实现对散斑的抑制。以上提到的散斑均为传统意义上的散斑，其本质为激光照射到粗糙介质表面或穿透混沌介质后光波产生的干涉现象，理论上采用非相干照明不会观察到散斑分布。本文对传统意义上的散斑定义进行了推广，以便对本文中光学系统产生的随机分布的颗粒状分布进行更形象地描述。本文中所提及的全部“散斑”，是指光波照射到随机介质表面或穿透随机散射介质后，携带信息的光束在其表面或内部发生散射，从而在空间上形成随机分布的颗粒状分布。2.2 散斑分布与光谱特性2.2.1 反射光路散斑分布散斑的强度分布依赖于入射光的波长。由于衍射角与波长成正比
【参考文献】：
期刊论文
[1]光学全息的现状与发展趋势[J]. 梁丹华,孙华燕. 装备制造技术. 2017(01)
[2]A colloidal quantum dot spectrometer[J]. Science Foundation in China. 2015(03)
[3]常见光谱仪的原理分析及性能比较[J]. 郝丑怡. 山西师范大学学报(自然科学版). 2013(S2)
[4]生物医学光声成像的研究进展[J]. 陶超,刘晓峻. 应用声学. 2012(06)
[5]常规光谱仪器分光系统的比较[J]. 杨怀栋,陈科新,黄星月,何庆声,金国藩. 光谱学与光谱分析. 2009(06)
[6]散斑噪声抑制算法比较研究[J]. 蒋立辉,赵春晖,王骐. 激光与红外. 2002(06)
[7]电子散斑干涉术[J]. 郑光昭. 广东工业大学学报. 2002(03)
[8]光学相干层析技术及其在生物医学中的应用[J]. 王新宇,张春平,张连顺,薛玲玲,张光寅. 光机电信息. 2001(09)
博士论文
[1]基于成像链分析的光谱成像系统设计方法研究[D]. 付强.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2012
[2]合成孔径雷达图像目标识别技术研究[D]. 胡利平.西安电子科技大学 2009
硕士论文
[1]基于LED照明的无透镜散射成像方法研究[D]. 代伟佳.西安电子科技大学 2015
[2]基于模拟退火的谱反演方法研究[D]. 陈科.中国石油大学 2010
本文编号：3361552
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