基于GPU的傅里叶变换光谱复原方法研究
发布时间：2021-08-29 20:24
傅里叶变换成像光谱仪是一种基于傅里叶变换光谱学理论的能够同时获取目标物体图像信息和光谱信息的探测仪器。从成像光谱仪所采集的干涉图像中反演出目标光谱信息的过程称为光谱复原,常规的光谱复原方法一方面难以应对光谱系统中的非线性问题,针对非等间隔采样的干涉信号,复原出的光谱会存在一定程度的失真,另一方面,光谱复原效率较低,难以满足实际应用场景中对光谱反演速率越来越高的要求。为了实现光谱的精细复原,满足当下科研和工业应用中的快速光谱复原的需求,本文研究了基于通用图形处理器GPU（Graphics Processing Unit）计算的傅里叶变换光谱复原方法。首先,研究了傅里叶变换光谱仪的基础理论。先论述了傅里叶变换光谱学的基本理论,讨论了从干涉信息复原出光谱信息的基本流程,接着分析了基于Wollaston棱镜和角锥的双折射偏振干涉成像光谱仪的系统结构和工作原理,接下来建立了数学模型,论证了该系统中光程差随采样间隔作非线性变化的问题。然后,研究了非均匀傅里叶变换光谱复原的一般方法。先论述了光谱复原的整体流程——去趋势项、切趾、相位校正和非均匀傅里叶变换,接着分析了最小二乘法和小波变换法两种去趋势项...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１光谱成像技术??傅里叶变换成像光谱技术依赖于快速傅里叶变换ＦＦＴ（Ｆａｓｔ?Ｆｏｕｒｉｅｒ?Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ），快速??
无动镜干涉成像光谱仪的研充。??１９９３年美国率先研制出世界上首台空间调制傅里叶变换成像光谱仪ＳＭＩＦＴＳ，巧机??的结构示意图如下图１．２所示Ｐｙ。??Ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ?Ａｐｅｒｔｕｒｅ?Ｍｉｒｒｏｒ??Ｓｙｓｔｅｍ?＾?＾?Ｓｔｏｐ??Ｒｏｔａｔｅ?Ｓｃａｎ?＾??Ｍｉｒｒｏｒ?Ｎ?＼?／??ｉ??Ｓｐｌｉｔｔｅｒ?Ｉ??ｉ??Ｌｅｎｓ?＜＇?Ｉ?ｒ＇Ｔ＂＇＂＂＂＂?？■??Ｖ??Ｄｅｔｅｃ化ｒ?－?ｉ?ｉ?１１１?ｉ?ｉ?ｎ??图１．２傅里叶变换成像光谱仪ＳＭＩＦＴＳ??该干涉成像光谱仪采用静态推扫方案，光谱范围ｌ－５ｕｍ，光谱分辨率为ｌＯＯｎｍ。１９９６??年美国Ｋｅｓｔｒｅｌ公司研制了傅里叶变换超光谱干涉成像仪ＰＵＳｌ。２０００年７月奠固军义发??射的Ｍｉｇｈｔ－Ｓａｔ－ＩＩ卫星上搭载了一台傅里叶变换高光谱成像化该光谱仪将Ｓａｇｎａｃ干涉??仪作为分光元件??３??
玻成像光谱仪样机Ｗ１。２００４年国内的张淳民等人提出了基于时空混合调制的偏振干涉??成像技术，并研制了相关干涉成像光谱仪样机２００７年我国＂擁娥一号＂搭载Ｓａｇｎａｃ??型空间调制干涉成像光谱仪ｔ４３ｌ，如图１．３所示。该光谱仪具有３２个通道，光谱范围??４８０？９６０ｎｍ。２００８年我国环境与灾害监测预报小卫星Ａ星上搭载了超光谱成像仪，具备??１１０？１２８个动态通道，光谱范围４５９？９％ｎｍ。??Ｐ?編？宗：調??蒙昨Ｖ?巧??；?ｉ?扇阻ｋｃ一＾Ｊ??图１．３干涉成像光谱仪??２０１０年西安交通大学的朱京平等人提出了基于Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ棱镜的偏振干涉成像光谱??仪，如图１．４所示ｔＷ。该光谱仪具有结构紧凑，环境适应性好等优点。２０１４年北京理工??大学的廖宁放等人提出了一种大孔径紫外傅里叶变换成像光谱仪系统，该系统采用具有??高光通量的时间－空间调制型结构Ｗ解决现有系统能量不足的问题ｗｓｉ。２０１６年李建欣等??人提出了基于Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ和角锥的双折射偏振干涉成像光谱仪ｗｓｉ，该光谱仪有效降低了??光谱仪的结构复杂度，增强了系统稳定性。除上述这些，国内还有诸多研究人员进行了??这方面的研究ＷＷＷ，各种成绩标志着我国的干涉成像光谱技术水平开始进入世界前列。??１．２．２非均匀傅里叶变换算法的研究现状??傅里叶变换光谱仪的光谱复原基于快速傅里叶变换算法
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于快速高斯网格法的非线性光谱复原方法[J]. 沈燕,柏财勋,王昊,周建强,李建欣. 激光与光电子学进展. 2016(09)
[2]多光谱遥感的地温反演及岛状冻土区分割方法研究[J]. 王春娇,单墨楠,胡照广,单炜. 红外与激光工程. 2015(04)
[3]差分偏振干涉成像光谱仪Ⅰ.概念原理与操作[J]. 穆廷魁,张淳民,李祺伟,魏宇童,陈清颖,贾辰凌. 物理学报. 2014(11)
[4]一种大孔径紫外傅里叶变换成像光谱仪结构研究[J]. 刘洋,廖宁放,白廷柱,吕航,廉玉生. 光学学报. 2014(03)
[5]基于集群和GPU的高光谱遥感影像并行处理[J]. 王茂芝,郭科,徐文皙. 红外与激光工程. 2013(11)
[6]静态傅里叶变换超光谱全偏振成像技术[J]. 李杰,朱京平,齐春,郑传林,高博,张云尧,侯洵. 物理学报. 2013(04)
[7]基于二次成像的像面干涉高光谱成像方法[J]. 李建欣,孟鑫,周伟,姚良涛,朱日宏. 光学学报. 2012(12)
[8]弹光调制非等相位干涉信号的快速光谱反演算法[J]. 王明艳,王志斌,张记龙,张敏娟,陈友华,景宁. 光学学报. 2012(05)
[9]非均匀采样干涉数据的光谱反演分析[J]. 景娟娟,相里斌,吕群波. 光学学报. 2011(12)
[10]基于CUDA的干涉型高光谱实时光谱复原处理技术[J]. 杨仁忠,陈敏浩,石璐. 遥感技术与应用. 2011(04)
博士论文
[1]干涉成像光谱技术研究[D]. 张淳民.中国科学院西安光学精密机械研究所 2001
本文编号：3371325
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１光谱成像技术??傅里叶变换成像光谱技术依赖于快速傅里叶变换ＦＦＴ（Ｆａｓｔ?Ｆｏｕｒｉｅｒ?Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ），快速??
无动镜干涉成像光谱仪的研充。??１９９３年美国率先研制出世界上首台空间调制傅里叶变换成像光谱仪ＳＭＩＦＴＳ，巧机??的结构示意图如下图１．２所示Ｐｙ。??Ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ?Ａｐｅｒｔｕｒｅ?Ｍｉｒｒｏｒ??Ｓｙｓｔｅｍ?＾?＾?Ｓｔｏｐ??Ｒｏｔａｔｅ?Ｓｃａｎ?＾??Ｍｉｒｒｏｒ?Ｎ?＼?／??ｉ??Ｓｐｌｉｔｔｅｒ?Ｉ??ｉ??Ｌｅｎｓ?＜＇?Ｉ?ｒ＇Ｔ＂＇＂＂＂＂?？■??Ｖ??Ｄｅｔｅｃ化ｒ?－?ｉ?ｉ?１１１?ｉ?ｉ?ｎ??图１．２傅里叶变换成像光谱仪ＳＭＩＦＴＳ??该干涉成像光谱仪采用静态推扫方案，光谱范围ｌ－５ｕｍ，光谱分辨率为ｌＯＯｎｍ。１９９６??年美国Ｋｅｓｔｒｅｌ公司研制了傅里叶变换超光谱干涉成像仪ＰＵＳｌ。２０００年７月奠固军义发??射的Ｍｉｇｈｔ－Ｓａｔ－ＩＩ卫星上搭载了一台傅里叶变换高光谱成像化该光谱仪将Ｓａｇｎａｃ干涉??仪作为分光元件??３??
玻成像光谱仪样机Ｗ１。２００４年国内的张淳民等人提出了基于时空混合调制的偏振干涉??成像技术，并研制了相关干涉成像光谱仪样机２００７年我国＂擁娥一号＂搭载Ｓａｇｎａｃ??型空间调制干涉成像光谱仪ｔ４３ｌ，如图１．３所示。该光谱仪具有３２个通道，光谱范围??４８０？９６０ｎｍ。２００８年我国环境与灾害监测预报小卫星Ａ星上搭载了超光谱成像仪，具备??１１０？１２８个动态通道，光谱范围４５９？９％ｎｍ。??Ｐ?編？宗：調??蒙昨Ｖ?巧??；?ｉ?扇阻ｋｃ一＾Ｊ??图１．３干涉成像光谱仪??２０１０年西安交通大学的朱京平等人提出了基于Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ棱镜的偏振干涉成像光谱??仪，如图１．４所示ｔＷ。该光谱仪具有结构紧凑，环境适应性好等优点。２０１４年北京理工??大学的廖宁放等人提出了一种大孔径紫外傅里叶变换成像光谱仪系统，该系统采用具有??高光通量的时间－空间调制型结构Ｗ解决现有系统能量不足的问题ｗｓｉ。２０１６年李建欣等??人提出了基于Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ和角锥的双折射偏振干涉成像光谱仪ｗｓｉ，该光谱仪有效降低了??光谱仪的结构复杂度，增强了系统稳定性。除上述这些，国内还有诸多研究人员进行了??这方面的研究ＷＷＷ，各种成绩标志着我国的干涉成像光谱技术水平开始进入世界前列。??１．２．２非均匀傅里叶变换算法的研究现状??傅里叶变换光谱仪的光谱复原基于快速傅里叶变换算法
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于快速高斯网格法的非线性光谱复原方法[J]. 沈燕,柏财勋,王昊,周建强,李建欣. 激光与光电子学进展. 2016(09)
[2]多光谱遥感的地温反演及岛状冻土区分割方法研究[J]. 王春娇,单墨楠,胡照广,单炜. 红外与激光工程. 2015(04)
[3]差分偏振干涉成像光谱仪Ⅰ.概念原理与操作[J]. 穆廷魁,张淳民,李祺伟,魏宇童,陈清颖,贾辰凌. 物理学报. 2014(11)
[4]一种大孔径紫外傅里叶变换成像光谱仪结构研究[J]. 刘洋,廖宁放,白廷柱,吕航,廉玉生. 光学学报. 2014(03)
[5]基于集群和GPU的高光谱遥感影像并行处理[J]. 王茂芝,郭科,徐文皙. 红外与激光工程. 2013(11)
[6]静态傅里叶变换超光谱全偏振成像技术[J]. 李杰,朱京平,齐春,郑传林,高博,张云尧,侯洵. 物理学报. 2013(04)
[7]基于二次成像的像面干涉高光谱成像方法[J]. 李建欣,孟鑫,周伟,姚良涛,朱日宏. 光学学报. 2012(12)
[8]弹光调制非等相位干涉信号的快速光谱反演算法[J]. 王明艳,王志斌,张记龙,张敏娟,陈友华,景宁. 光学学报. 2012(05)
[9]非均匀采样干涉数据的光谱反演分析[J]. 景娟娟,相里斌,吕群波. 光学学报. 2011(12)
[10]基于CUDA的干涉型高光谱实时光谱复原处理技术[J]. 杨仁忠,陈敏浩,石璐. 遥感技术与应用. 2011(04)
博士论文
[1]干涉成像光谱技术研究[D]. 张淳民.中国科学院西安光学精密机械研究所 2001
本文编号：3371325
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