基于模块化推扫式成像光谱仪的光谱校正与图像配准技术研究
发布时间：2021-01-12 01:32
高光谱遥感技术采用几十乃至上百个窄而连续分布的光谱通道,在获取地物空间信息的同时,还可以提取目标丰富的光谱细节信息;相比多光谱成像技术,光谱信息和空间信息的结合可以得到目标像元较为精细的光谱曲线,即―图谱合一‖的目标信息,在目标识别,矿物探测、农业估产、灾害预警等方面应用前景十分广阔。本文以―宽波段成像光谱仪‖项目任务为研究背景,针对应用指标需求,对宽波段成像光谱仪整体的方案设计与测试方案进行了研究,进行了与光谱仪性能指标相关的系统实验。在此基础上,重点研究了光谱仪的光谱性能参数及其计算方法改进与多模块图像拼接等相关技术。在编写了适用于项目需求的测试程序的同时,针对以上两项技术中存在的一些问题,进行了理论分析并提出了改进方案。在光谱性能方面,由于采用了背照减薄型CCD探测器,光谱仪在近红外波段会出现条带状的干涉条纹,使得处在该波段范围的通道光谱响应函数随波长的分布不够连续,导致无法精确获得通道的光谱特征参数。对此,本文采用法布里—珀罗谐振腔模型,对该现象进行了数学分析,模拟计算出7501000nm光谱范围内的干涉条纹分布情况,分析了CCD光敏面厚度和干涉条纹之间的...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市
【文章页数】：99 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
光机扫描式成像光谱仪Fig.1.1Scanningimagingspectrometer光机扫描的优点在于，通过扫描镜旋转扩大视场，可以较容易获得很大的总视场，像元配准较好，探测波段覆盖范围广，对探测器像元规模要求较低，星上
图 1.2 推扫式成像光谱仪Fig.1.2 Push-broom imaging spectrometer推扫式成像光谱仪通常采用面阵探测器（CCD、CMOS 等），狭缝出射光直、分光、汇聚后，在传感器光敏面上可得到狭缝像的色散谱线。推扫式成像光谱仪的优点主要是大大地增加了像元的驻留时间，极大地提系统的灵敏度和信噪比，可以满足更高光谱和空间分辨率的要求。和光机扫成像光谱仪相比，由于省去了复杂的光机扫描部件，减少了仪器的体积，对平台的影响也更小。缺点是受限于探测器和光学设计的难度，其视场不可能，如果要获得更大的视场覆盖，可以采取多个相机视场拼接的方法。如欧空 MERIS 就使用 5 个相同的相机模块扇形分布拼接成 68.5°的观测视场。.1.2 按分光方式分类（1）滤光片分光滤光片分光成像光谱仪再相机前直接添加滤光片，通过更换或调制滤光片式获得不同光谱位置的图像，目前主要有楔形滤光片型、旋转滤光片型、可
图 1.3 干涉分光成像光谱仪原理Fig.1.3 Aschematic of interference imaging spectromete分光技术，干涉分光可以在保证较高的光谱分辨率的，得到较高的信噪比。不过，干涉分光成像光谱仪获，而非直接测量值，必须要经过傅里叶变换后才能使，干涉成像光谱仪系统光机结构复杂，加工难度大，较高。谱技术的发展现状成像光谱仪气推进实验室（JPL）于 1983 年研制的 AIS-1 (Ar) [10-11]是世界上最早的机载成像光谱仪原型，它采共 128 个波段，光谱覆盖范围 η ；1987 年， / 红 外 成 像 光 谱 仪 AVIRIS (Airborne Visible/Inf
【参考文献】：
期刊论文
[1]使用背照减薄型CCD的色散型超光谱成像光谱仪中近红外波段干涉条纹现象的研究与校正[J]. 马亮,危峻,黄小仙. 光谱学与光谱分析. 2014(07)
[2]基于多特征的红外与可见光图像融合[J]. 杨桄,童涛,陆松岩,李紫阳,郑悦. 光学精密工程. 2014(02)
[3]遥感图像配准技术综述[J]. 余先川,吕中华,胡丹. 光学精密工程. 2013(11)
[4]基于梯度互信息与均匀设计PSO的航拍图像配准[J]. 石祥滨,王银斌,金士玲. 辽宁大学学报(自然科学版). 2013(01)
[5]分析双Amici棱镜角度误差对色散的影响[J]. 裴琳琳,黄旻,吕群波,付强. 光学学报. 2013(01)
[6]一种基于互信息与梯度的图像精确配准方法[J]. 刘君,徐来明,左小女. 南昌大学学报(工科版). 2012(04)
[7]新型超分辨干涉型光谱仪光谱定标研究[J]. 施海亮,方勇华,吴军,熊伟. 光学学报. 2012(05)
[8]用于自适应光学视网膜成像的平场校正方法研究[J]. 孔宁宁,李抄,夏明亮,齐岳,李大禹,宣丽. 光学学报. 2011(12)
[9]Moravec和Harris角点检测方法比较研究[J]. 卢瑜,郝兴文,王永俊. 计算机技术与发展. 2011(06)
[10]新型卫星成像系统的进展与思考[J]. 宋宏伟,郑团结. 影像技术. 2011(01)
博士论文
[1]推扫式宽视场CCD成像光谱技术研究[D]. 崔毅.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
[2]超光谱图像系统几何校正与图像配准方法研究[D]. 王运.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[3]基于多尺度分解的多传感器图像融合算法研究[D]. 叶传奇.西安电子科技大学 2009
本文编号：2971868
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市
【文章页数】：99 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
光机扫描式成像光谱仪Fig.1.1Scanningimagingspectrometer光机扫描的优点在于，通过扫描镜旋转扩大视场，可以较容易获得很大的总视场，像元配准较好，探测波段覆盖范围广，对探测器像元规模要求较低，星上
图 1.2 推扫式成像光谱仪Fig.1.2 Push-broom imaging spectrometer推扫式成像光谱仪通常采用面阵探测器（CCD、CMOS 等），狭缝出射光直、分光、汇聚后，在传感器光敏面上可得到狭缝像的色散谱线。推扫式成像光谱仪的优点主要是大大地增加了像元的驻留时间，极大地提系统的灵敏度和信噪比，可以满足更高光谱和空间分辨率的要求。和光机扫成像光谱仪相比，由于省去了复杂的光机扫描部件，减少了仪器的体积，对平台的影响也更小。缺点是受限于探测器和光学设计的难度，其视场不可能，如果要获得更大的视场覆盖，可以采取多个相机视场拼接的方法。如欧空 MERIS 就使用 5 个相同的相机模块扇形分布拼接成 68.5°的观测视场。.1.2 按分光方式分类（1）滤光片分光滤光片分光成像光谱仪再相机前直接添加滤光片，通过更换或调制滤光片式获得不同光谱位置的图像，目前主要有楔形滤光片型、旋转滤光片型、可
图 1.3 干涉分光成像光谱仪原理Fig.1.3 Aschematic of interference imaging spectromete分光技术，干涉分光可以在保证较高的光谱分辨率的，得到较高的信噪比。不过，干涉分光成像光谱仪获，而非直接测量值，必须要经过傅里叶变换后才能使，干涉成像光谱仪系统光机结构复杂，加工难度大，较高。谱技术的发展现状成像光谱仪气推进实验室（JPL）于 1983 年研制的 AIS-1 (Ar) [10-11]是世界上最早的机载成像光谱仪原型，它采共 128 个波段，光谱覆盖范围 η ；1987 年， / 红 外 成 像 光 谱 仪 AVIRIS (Airborne Visible/Inf
【参考文献】：
期刊论文
[1]使用背照减薄型CCD的色散型超光谱成像光谱仪中近红外波段干涉条纹现象的研究与校正[J]. 马亮,危峻,黄小仙. 光谱学与光谱分析. 2014(07)
[2]基于多特征的红外与可见光图像融合[J]. 杨桄,童涛,陆松岩,李紫阳,郑悦. 光学精密工程. 2014(02)
[3]遥感图像配准技术综述[J]. 余先川,吕中华,胡丹. 光学精密工程. 2013(11)
[4]基于梯度互信息与均匀设计PSO的航拍图像配准[J]. 石祥滨,王银斌,金士玲. 辽宁大学学报(自然科学版). 2013(01)
[5]分析双Amici棱镜角度误差对色散的影响[J]. 裴琳琳,黄旻,吕群波,付强. 光学学报. 2013(01)
[6]一种基于互信息与梯度的图像精确配准方法[J]. 刘君,徐来明,左小女. 南昌大学学报(工科版). 2012(04)
[7]新型超分辨干涉型光谱仪光谱定标研究[J]. 施海亮,方勇华,吴军,熊伟. 光学学报. 2012(05)
[8]用于自适应光学视网膜成像的平场校正方法研究[J]. 孔宁宁,李抄,夏明亮,齐岳,李大禹,宣丽. 光学学报. 2011(12)
[9]Moravec和Harris角点检测方法比较研究[J]. 卢瑜,郝兴文,王永俊. 计算机技术与发展. 2011(06)
[10]新型卫星成像系统的进展与思考[J]. 宋宏伟,郑团结. 影像技术. 2011(01)
博士论文
[1]推扫式宽视场CCD成像光谱技术研究[D]. 崔毅.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
[2]超光谱图像系统几何校正与图像配准方法研究[D]. 王运.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[3]基于多尺度分解的多传感器图像融合算法研究[D]. 叶传奇.西安电子科技大学 2009
本文编号：2971868
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