高光谱成像技术研究

论文摘要

光谱成像技术是一种新颖的多维成像技术,由光学二维成像技术和光谱分析技术相结合而形成,可以同时探测到目标的空间信息和光谱信息。其中,高光谱成像技术一直是国内外研究的重点。高光谱成像系统由前置成像系统和高光谱分光系统两部分组成。本文围绕曲面棱镜Offner型高光谱成像系统,从前置成像系统和高光谱分光系统两部分展开对高光谱成像技术的研究。基于几何像差理论的研究,讨论了系统结构、色散元件参数对高光谱分光系统的像差影响,及色散元件材料特性对系统谱线分布非线性的影响。通过以上研究及分析,分别设计了色散元件为一次透射和二次透射式的两种曲面棱镜Offner型高光谱分光系统,并完成了像质分析及热稳定性分析。基于消色差、消热差基本理论的研究,分析并建立了一种复杂透射式长焦距光学系统的无热化模型,提出了一种基于权重分组进行材料挑选的光学系统无热化设计方法——1+∑法。在常温下满足像质要求的光学系统基础上,计算每一片透镜产生色差及热差能力的综合权重,通过比较权重进行初始结构的分组、等效及光学材料挑选,从而实现无热化设计。依据此方法及与光谱分光系统衔接时光瞳匹配的特点,完成了前置成像系统的初始结构设计和无热化设计。该方法极大地简化了光学系统无热化设计方法,可避免机械补偿或光学变焦补偿像质,能够使复杂透射式长焦距光学系统在大温差环境保持光学性能稳定。针对应用场合,进行了高光谱成像系统的一体化设计与热稳定性分析。本文中设计的高光谱成像系统工作波段为400nm1000nm、数值孔径为0.167、平均光谱分辨率为4nm,共有150个光谱通道,前置成像系统焦距300mm。实现了在0℃+40℃温差环境下的高像质、高光谱分辨率的成像要求。

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 选题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 高光谱成像仪分类

1.2.2 高光谱成像仪发展历史

1.3 主要研究内容和结构安排

第2章高光谱分光系统及前置成像系统工作原理

2.1 曲面棱镜Offner型高光谱分光系统基本原理

2.1.1 曲面棱镜分光、成像原理及像差分析

2.1.2 Offner中继转折光学系统研究

2.1.3 曲面棱镜Offner分光结构像差分析

2.1.4 光谱仪性能评估参数

2.2 前置成像光学系统基本原理

2.2.1 前置成像光学系统的设计要求

2.2.2 被动式光学无热化设计基本原理研究

第3章曲面棱镜Offner高光谱分光系统设计

3.1 高光谱成像系统的设计指标参数

3.2 一次透射曲面棱镜Offner高光谱分光系统

3.2.1 光学系统结构建模及优化

3.2.2 像质评价

3.2.3 光学系统的热稳定性分析

3.3 二次透射曲面棱镜Offner高光谱分光系统

3.3.1 光学系统结构建模及优化

3.3.2 像质评价

3.3.3 光学系统的热稳定性分析

3.4 本章小结

第4章前置成像光学系统设计

4.1 前置成像光学系统指标参数

4.2 前置成像光学系统的初始系统设计及像质评价

4.2.1 初始光学系统结构设计

4.2.2 初始系统像质评价

4.2.3 初始系统热稳定性分析分析

4.3 前置成像光学系统的无热化设计

4.3.1 复杂透射式光学系统的1+∑无热化设计法原理

4.3.2 初始光学系统无热化设计过程

4.4 前置成像系统无热化设计结果及像质评价

4.4.1 无热化光学系统结构

4.4.2 无热化光学系统像质评价

4.4.3 无热化光学系统的热稳定性分析

4.5 本章小结

第5章高光谱成像系统的一体化设计

5.1 一次透射式高光谱成像系统的一体化设计

5.1.1 光学系统结构

5.1.2 像质评价

5.1.3 热稳定性分析

5.2 二次透射式高光谱成像系统的一体化设计

5.2.1 光学系统结构

5.2.2 像质评价

5.2.3 热稳定性分析

5.3 本章小结

第6章总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 论文创新点总结

6.3 展望

参考文献

攻读硕士期间的研究成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 解娜

导师: 崔庆丰

关键词: 光学设计,光谱成像,无热化设计,光瞳匹配,航空遥感

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 长春理工大学

分类号: O433

总页数: 85

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