基于强度调制的编码孔径光谱偏振成像测量技术研究

论文摘要

光谱偏振成像技术是一种集目标空间二维图像、光谱、偏振于一体的新型信息获取和应用技术,该技术在光谱成像技术的基础上,增加待测目标的偏振特性测量,多维信息的有效获取使其在目标识别探测方面有着显著优势,可广泛应用于军事探测、医疗检测和大气环境监测等领域。针对现有的光谱偏振成像测量技术存在不同程度的扫描及信息丢失椎体问题,论文提出强度调制技术和编码孔径光谱成像技术相结合的新型光谱偏振成像测量方法,实现在单次测量条件下获取图像的光谱偏振信息。本论文将主要从以下几个方面来进行阐述研究。首先,以编码孔径光谱成像技术的核心压缩感知理论出发,详细研究了压缩感知的三个基本问题:稀疏表示、测量矩阵的选取和信号重构。深入分析了编码孔径光谱成像系统的工作原理及性能,为进一步研究光谱偏振成像测量提供了坚实的理论基础。其次,提出了基于强度调制的编码孔径光谱偏振成像测量新的技术,在分析了光的偏振特性及其表示方法的基础上,利用Stokes矢量表示法对强度调制原理进行推导分析,分别选用一个消色差1/4波片和一个多级相位延迟器或者两个多级相位延迟器作为强度调制模块核心,设计了两套光谱偏振成像测量系统,可分别实现斯托克斯参量S=[S0、S1、S2、S3]中前三参量及全部四参量的测量。对两套系统的偏振光谱调制及调制光谱数据立方体压缩编码全过程进行建模,并对偏振光谱图像重建进行理论分析,选用两步迭代收缩阈值算法重构光谱数据立方体,并对重构调制光谱进行解调实现原Stokes参量的复原。最后,利用MATLAB开展了基于强度调制的编码孔径光谱偏振成像测量技术的算法模拟仿真,包括偏振调制过程,光谱图像编码压缩过程,数据立方体的重构过程及偏振光谱解调过程。得出的仿真结果表明:该偏振光谱成像测量技术具有高效获取空间、光谱、偏振四维信息的能力,有效地验证了编码孔径光谱偏振成像测量技术的可行性,为进一步搭建实验系统提供理论依据。

论文目录

摘要

abstract

1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 光谱偏振成像技术的研究现状

1.2.1 光谱偏振成像技术简介

1.2.2 光谱偏振成像技术国内外研究现状

1.3 强度调制型偏振光谱成像系统的研究现状

1.4 本论文的课题来源及主要工作

2 编码孔径光谱成像理论基础

2.1 压缩感知理论

2.1.1 压缩感知数学模型

2.1.2 信号的稀疏表示

2.1.3 测量矩阵设计

2.1.4 压缩感知信号重构

2.2 压缩感知光谱成像

2.2.1 压缩感知光谱成像理论

2.2.2 编码孔径光谱成像系统

2.3 本章小结

3 基于强度调制的编码孔径光谱偏振成像测量技术

3.1 光的偏振态理论

3.1.1 光的偏振态表示方法

3.1.2 偏振器件的穆勒矩阵

3.2 基于强度调制的编码孔径光谱偏振成像测量技术

3.2.1 基于强度调制的编码孔径光谱偏振成像测量系统

3.2.2 偏振光谱强度调制

3.2.2.1 偏振光谱强度调制理论

3.2.2.2 偏振光谱强度调制数学模型

3.2.3 光谱成像压缩编码

3.2.4 调制光谱数据立方体重构

3.2.5 偏振强度解调

3.3 本章小结

4 光谱偏振成像仿真与分析

4.1 系统正向压缩编码过程

4.1.1 偏振光谱强度调制仿真

4.1.2 光谱图像编码压缩仿真

4.1.2.1 编码孔径模板选取

4.1.2.2 编码压缩仿真过程

4.2 偏振光谱图像重构仿真

4.2.1 光谱图像重建

4.2.2 偏振光谱重建

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 研究总结

5.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与所取得的研究成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 乔亚

导师: 王志斌

关键词: 光谱偏振成像,参量,强度调制,编码孔径

来源: 中北大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 中北大学

基金: 国际科技合作项目“***成像光谱偏振仪联合研发(2013FDR10150)”

分类号: O436.3

总页数: 60

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