快照式紧凑型光谱成像关键技术及临床应用研究
发布时间：2021-12-31 20:43
快照光谱成像技术在一个或数个采样周期内获取用于重建目标光谱立方体的图像数据,可以有效地提高信息获取的速度。快照式傅里叶变换光谱成像仪是一种计算型的快照光谱成像仪,具有结构紧凑,抗震性好等特性。快照光谱成像技术获取光谱立方体数据的方式是将图像不同频谱的相关分量同时映射在一个探测器的不同像素区间,因此必然会造成单一分量图像的空间分辨率降低。同时,计算型的快照光谱成像技术普遍面临光谱重建算法复杂,计算效率不高的问题。本文开展了快照式傅里叶变换光谱成像关键技术研究,并将该技术应用于临床医学检测,具体研究内容如下:1.分析了快照式傅里叶变换光谱成像技术的基本原理,实现了样机的结构设计。针对双沃拉斯顿棱镜结构参数对傅里叶变换光谱仪的性能影响机理进行了详细的分析,并根据应用需求对光机结构进行了优化设计,完成了快照式紧凑型傅里叶变换光谱成像仪样机的研制。2.针对快照式傅里叶变换光谱成像仪面临的图像空间分辨率低的问题,研究了利用样机干涉子图阵列间的空间冗余信息进行图像超分辨方法。为获得高空间分辨率图像,现有方案均引入额外光路单独成像,增加了系统体积。本课题利用子图阵列间存在的微小偏移,采用深度学习的方式...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
光谱成像技术的数据获取方式
阵可以获得完整的空间光谱三维数据集。该方法中透镜阵列每个子透镜对应着三维数据集的一个空间像素点，空间像素数直接取决于透镜数目。2009年AndrewBodkin等人对该结构进行了简要改进，将透镜阵列替换成小孔阵列，作者称之为超像素阵列相机[42，43]。通过设置棱镜色散方向与小孔阵列成一定角度以提高了CCD的使用率，但小孔的遮挡大大降低了光通量。2015年中国科学院大学的刘兵博士也制作了基于狭缝阵列以及三胶合色散棱镜的小型化可见/近红外宽波段实时光谱成像仪，狭缝阵列与小孔阵列类似，都降低了系统的光通量[44]。图1-2SAURON项目的光学系统结构[41]Fig.1-2OpticallayoutofSAURONproject2002年HideakiMatsuoka和Fletcher-Holmes等人分别提出了另一种积分场型快照光谱成像仪，原理如图1-3所示[45-48]。该系统核心部件为由光纤束组成的图像分割器（ImageSlicer）或称之为光纤重构器（FiberOpticReformatter,FOR），该系统将图像耦合进紧密排列的光纤阵列，光纤阵列的输出端被重新
第1章绪论5排列成一行，通过色散装置可以将一行图像色散到一个二维探测器上，然后对二维探测器上的图像进行重新排列可以获得最终的数据立方体。该方法在400nm-800nm光谱范围内的分辨率可达5nm，并且方法原理简单。2011年JossBland-Hawthorn等人对光纤束的构造进行优化使得该结构能够在低光天文探测中应用[49]。2017年莱斯大学YeWang等人制作了空间分辨率更高的光纤束并实现了在皮肤血氧饱和度的检测[50]。由于光纤束本身的约束，该方法仍存在较多缺点。首先，光纤束制作难度较大，很难实现大量光纤集成，因此空间分辨率较低；其次，光纤耦合效率普遍不高直接导致系统光通量低；同时，光纤输出为发散光，相邻光纤的输出容易发生混叠，影响最终色散的光谱准确性。图1-3基于光纤束重排的积分场快照光谱成像仪[48]Fig.1-3Diagramoftheintegralfieldspectralimagingsystembasedonafiberbundle图1-4基于图像映射的光谱成像仪原理图[51]Fig.1-4Diagramofimagemappingspectrometer
【参考文献】：
期刊论文
[1]系统性红斑狼疮患者血清免疫检查指标及临床意义研究[J]. 刘苗. 世界最新医学信息文摘. 2018(99)
[2]系统性红斑狼疮补体C3、C4水平与其他相关实验指标的相关性研究[J]. 兰访,韦慧萍,朱璇,秦雪. 广西医科大学学报. 2016(06)
[3]基于微小型无人机的遥感信息获取关键技术综述[J]. 汪沛,罗锡文,周志艳,臧英,胡炼. 农业工程学报. 2014(18)
[4]遥感地质勘查技术与应用研究[J]. 王润生,熊盛青,聂洪峰,梁树能,齐泽荣,杨金中,闫柏琨,赵福岳,范景辉,童立强,林键,甘甫平,陈微,杨苏明,张瑞江,葛大庆,张晓坤,张振华,王品清,郭小方,李丽. 地质学报. 2011(11)
[5]用于摄像机标定的棋盘图像角点检测新算法[J]. 杨幸芳,黄玉美,高峰,杨新刚,韩旭炤. 仪器仪表学报. 2011(05)
[6]点阵列标定模板图像特征点提取方法[J]. 马少平,田爱玲,刘丙才,王红军. 应用光学. 2010(06)
[7]系统性红斑狼疮的诊断治疗进展[J]. 李圣楠,黄慈波. 临床药物治疗杂志. 2010(01)
博士论文
[1]紧凑型分孔径快照式光谱成像系统研究[D]. 李芸.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2018
[2]基于数字微镜的编码成像光谱仪的研究[D]. 马翠.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2018
[3]快照式压缩光谱集成成像技术研究[D]. 冯维一.南京理工大学 2018
[4]小型化可见/近红外宽波段实时成像光谱技术研究[D]. 刘兵.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[5]基于特征点的图像配准技术研究[D]. 丁南南.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[6]图像及视频序列超分辨率技术研究[D]. 刘刚.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[7]图像配准技术及其应用的研究[D]. 宋智礼.复旦大学 2010
[8]多帧影像超分辨率复原重建关键技术研究[D]. 谢伟.武汉大学 2010
[9]水果内部品质可见/近红外光谱无损检测方法的实验研究[D]. 傅霞萍.浙江大学 2008
[10]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：3560944
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
光谱成像技术的数据获取方式
阵可以获得完整的空间光谱三维数据集。该方法中透镜阵列每个子透镜对应着三维数据集的一个空间像素点，空间像素数直接取决于透镜数目。2009年AndrewBodkin等人对该结构进行了简要改进，将透镜阵列替换成小孔阵列，作者称之为超像素阵列相机[42，43]。通过设置棱镜色散方向与小孔阵列成一定角度以提高了CCD的使用率，但小孔的遮挡大大降低了光通量。2015年中国科学院大学的刘兵博士也制作了基于狭缝阵列以及三胶合色散棱镜的小型化可见/近红外宽波段实时光谱成像仪，狭缝阵列与小孔阵列类似，都降低了系统的光通量[44]。图1-2SAURON项目的光学系统结构[41]Fig.1-2OpticallayoutofSAURONproject2002年HideakiMatsuoka和Fletcher-Holmes等人分别提出了另一种积分场型快照光谱成像仪，原理如图1-3所示[45-48]。该系统核心部件为由光纤束组成的图像分割器（ImageSlicer）或称之为光纤重构器（FiberOpticReformatter,FOR），该系统将图像耦合进紧密排列的光纤阵列，光纤阵列的输出端被重新
第1章绪论5排列成一行，通过色散装置可以将一行图像色散到一个二维探测器上，然后对二维探测器上的图像进行重新排列可以获得最终的数据立方体。该方法在400nm-800nm光谱范围内的分辨率可达5nm，并且方法原理简单。2011年JossBland-Hawthorn等人对光纤束的构造进行优化使得该结构能够在低光天文探测中应用[49]。2017年莱斯大学YeWang等人制作了空间分辨率更高的光纤束并实现了在皮肤血氧饱和度的检测[50]。由于光纤束本身的约束，该方法仍存在较多缺点。首先，光纤束制作难度较大，很难实现大量光纤集成，因此空间分辨率较低；其次，光纤耦合效率普遍不高直接导致系统光通量低；同时，光纤输出为发散光，相邻光纤的输出容易发生混叠，影响最终色散的光谱准确性。图1-3基于光纤束重排的积分场快照光谱成像仪[48]Fig.1-3Diagramoftheintegralfieldspectralimagingsystembasedonafiberbundle图1-4基于图像映射的光谱成像仪原理图[51]Fig.1-4Diagramofimagemappingspectrometer
【参考文献】：
期刊论文
[1]系统性红斑狼疮患者血清免疫检查指标及临床意义研究[J]. 刘苗. 世界最新医学信息文摘. 2018(99)
[2]系统性红斑狼疮补体C3、C4水平与其他相关实验指标的相关性研究[J]. 兰访,韦慧萍,朱璇,秦雪. 广西医科大学学报. 2016(06)
[3]基于微小型无人机的遥感信息获取关键技术综述[J]. 汪沛,罗锡文,周志艳,臧英,胡炼. 农业工程学报. 2014(18)
[4]遥感地质勘查技术与应用研究[J]. 王润生,熊盛青,聂洪峰,梁树能,齐泽荣,杨金中,闫柏琨,赵福岳,范景辉,童立强,林键,甘甫平,陈微,杨苏明,张瑞江,葛大庆,张晓坤,张振华,王品清,郭小方,李丽. 地质学报. 2011(11)
[5]用于摄像机标定的棋盘图像角点检测新算法[J]. 杨幸芳,黄玉美,高峰,杨新刚,韩旭炤. 仪器仪表学报. 2011(05)
[6]点阵列标定模板图像特征点提取方法[J]. 马少平,田爱玲,刘丙才,王红军. 应用光学. 2010(06)
[7]系统性红斑狼疮的诊断治疗进展[J]. 李圣楠,黄慈波. 临床药物治疗杂志. 2010(01)
博士论文
[1]紧凑型分孔径快照式光谱成像系统研究[D]. 李芸.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2018
[2]基于数字微镜的编码成像光谱仪的研究[D]. 马翠.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2018
[3]快照式压缩光谱集成成像技术研究[D]. 冯维一.南京理工大学 2018
[4]小型化可见/近红外宽波段实时成像光谱技术研究[D]. 刘兵.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[5]基于特征点的图像配准技术研究[D]. 丁南南.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[6]图像及视频序列超分辨率技术研究[D]. 刘刚.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[7]图像配准技术及其应用的研究[D]. 宋智礼.复旦大学 2010
[8]多帧影像超分辨率复原重建关键技术研究[D]. 谢伟.武汉大学 2010
[9]水果内部品质可见/近红外光谱无损检测方法的实验研究[D]. 傅霞萍.浙江大学 2008
[10]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：3560944
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3560944.html
