基于AOTF的光谱偏振成像系统及其成像质量研究
本文关键词：基于AOTF的光谱偏振成像系统及其成像质量研究 出处：《中北大学》2016年博士论文 论文类型：学位论文
更多相关文章： 光谱偏振成像 液晶相位可变延迟器 声光可调谐滤光器 色散特性 成像质量 自动调焦 结构相似度
【摘要】：光谱偏振成像(SpectroPolarimetric Imaging,SPI)技术是一种集空间、光谱和偏振三维一体的现代光电测量技术,在太空探测、地物遥感、化学分析、国防军事等光电探测领域具有潜在的应用价值和发展前景。液晶相位可变延迟器(Liquid Crystal Variable Retarde,LCVR)和声光可调谐滤光器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)作为SPI中相位调制和光谱选择的核心部件,其工作特性直接影响整个系统的测量精确性和稳定性。其中,AOTF色散引起的系统成像质量下降、不同波长图像清晰度差异,是造成系统实用性下降的重要因素。因此,如何提高系统成像质量、如何实现在不同波长下图像始终清晰,进而使所成图像为目标物体在该波长下的真实灰度图像,是以AOTF为分光器件的光谱偏振成像系统需要解决的重要科学问题。论文基于以LCVR和AOTF为核心的新型高光谱全偏振成像系统的工作原理及成像特点,对系统的成像质量进行研究,开发出了高成像质量的光谱偏振成像驱动及控制系统。首先,研究了AOTF色散对SPI成像质量的影响机理。根据AOTF中TeO2晶体的色散特性,从成像角度分析了二次成像机理下不同波长衍射光成像清晰与镜头焦距的关系,提出了系统中加入自动调焦的方案;针对系统衍射方向上出现光谱展宽的问题,从不同波长衍射光的衍射偏转角和衍射效率两方面分析了光谱展宽的成因。通过实验验证了AOTF色散对SPI成像质量的影响机理。为改善SPI成像质量提供了理论基础和实验依据。其次,研究了一种基于LCVR和AOTF的高光谱全偏振成像新技术。基于斯托克斯(Stokes)参量偏振态测量理论,建立了LCVR和AOTF的偏振模型及二者的穆勒(Mueller)矩阵。使用AOTF、LCVR以及两个CCD相机,搭建了对±1级衍射光成像的高光谱全偏振成像系统,阐述了该系统的工作原理,推导了该系统的全Stokes矢量测量模型,分析了LCVR快轴与X轴夹角,以及相位延迟量的微小变化对系统误差的影响。再次,为减小AOTF色散对系统成像质量的影响,提出了针对LCVR和AOTF的SPI成像特点的自动调焦图像质量评价函数。在研究了多种图像清晰度评价函数的基础上,根据系统成像特点,提出了只考虑非衍射方向上的亮度相关度、对比度相关度的改进型基于行的结构相似度(Effective Line-based Structure Similarity Index Measurement,ELSSIM)评价函数。运用ELSSIM和灰度差分两种评价函数对不同波长、不同焦距下系统所成图像进行验证,得出了ELSSIM算法具有速度快、实时性强的优势。结合自动调焦搜索算法完成控制系统硬件及程序设计。最后,将自动调焦方法与SPI相结合,搭建了具有自动调焦功能的光谱偏振成像系统实验平台,对目标物体进行光谱偏振成像。结果表明,该系统在不同波长下成像质量达到最佳,验证了本文提出的自适应自动调焦技术在系统中的实用性;通过分析目标的光谱特性和偏振特性,实现了目标的准确识别。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;O436.3
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，本文编号：1327387
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