哈达玛变换光谱仪混合像元解混方法研究

哈达玛变换光谱成像仪是一种采用多通道探测的数字变换光谱技术,介绍了基于数字微镜阵列器件(DMD)的哈达玛变换光谱仪工作原理与仪器结构,对成像传感器所获得的混合像元进行了分析研究,理论推导出了混叠像元的解混合方法,仿真实验结果表明该方法简单有效,对提高混合像元复原光谱精度超过10%。     

哈达玛变换光谱成像仪光谱响应非均匀性修正

哈达玛变换光学是近些年发展起来的一门新技术,已经被广泛应用于目标设别、微弱信号检测等领域。基于DMD的哈达玛变换光谱成像仪是一种新型的色散型光谱成像仪。介绍了哈达玛变换成像原理,在自行研制的哈达玛变换光谱成像仪基础上,从光谱定标的角度,研究了哈达玛变换光谱成像仪获得的编码图像的光谱响应非均匀性。针对哈达玛变换光谱成像仪获得的光谱图像中叠加非均匀性噪声及光谱混叠影响光谱复原精度的问题,首次在该光谱成像仪上利用辐射度相对光谱修正和绝对光谱修正算法,对光谱响应非均匀性进行修正。仿真计算和实验结果表明,对于哈达玛变换光谱仪采集的七个波段的光谱图像,修正后的光谱曲线与辐射度计获得的谱线精度非常接近,使复原光谱的误差在2.4%～4.2%的范围,满足实验室和工程应用的技术要求。     

基于衍射理论的哈达玛编码光谱成像数据重构

哈达玛变换光谱成像技术是一种在不牺牲分辨率的情况下,通过多通道复用的方法增加光学系统光通量,使得系统信噪比显著高于传统成像的新型计算光谱成像技术.本文针对系统成像过程中数字微镜器件衍射造成的图像降质问题,建立了基于标量衍射理论的哈达玛编码光谱成像图谱数据退化模型,提出以Lucy-Richardson (L-R)算法为核心的重构数据修正算法,提高重构数据立方体的图像质量和光谱精度.通过对成像过程的模拟和重构算法的仿真实验,数字化生成了系统成像衍射降质的物理过程,并验证了本文所采用修正方法的有效性.经过L-R修正之后的复原数据立方体的光谱角距离评价结果为0.1296,图像相似度评价因子优于0.85,相比修正前的重构数据质量有较大提升,表明算法对哈达玛编码光谱成像数据的重构及修正具有较好的效果.     

基于数字微镜技术的阿达玛变换近红外光谱仪

构建了一个基于数字微镜技术的新型阿达玛变换近红外光谱仪.光学信号采用光纤引入,以光栅作为分光元件,利用数字微镜代替传统的机械式阿达玛模板进行光学编码调制,使用单点InGaAs红外探测器检测调制后的光信号,通过快速阿达玛解码还原出原始光谱.通过实验检验了光谱仪的分辨率、信噪比、稳定性以及谱图获取速度等指标.实验结果表明,...     

数字微镜哈达玛光谱仪谱线弯曲的分析与修正

由于数字微镜（digital micro-mirror device, DMD)哈达玛变换光谱仪其成本低,光能利用率高及无运动部件等优势,逐渐成为光谱仪领域的研究重点。研制了一款基于DMD的哈达玛变换光谱仪。为了解决光谱仪谱线弯曲造成的光谱分辨率下降的问题,对基于DMD的哈达玛变换光谱仪中的谱线弯曲所引起的谱带混叠进行了分析。首先,导出了谱带混叠与谱线弯曲的关系式。然后,提出了两个过程来解决谱带混叠,一是通过调整DMD编码条纹,使DMD所编码的谱带最大限度地与标准谱带重合; 二是通过数据处理对谱带混叠进行修正。最后,通过对谱线曲率半径为5.8×104,7.8×104和9.7×104 μm等六种情况下谱带混叠进行了分析与修正,拟合出光谱混叠和修正效果与谱线曲率半径的关系。结果表明： 对于不同程度的谱线弯曲经过这两个过程修正后,分辨率都会改善到接近光学系统的分辨率, 说明这两个过程对修正谱线弯曲具有普适性、并且方法简单、有效。     

微型DMD哈达玛变换近红外光谱仪

提出并设计了一个应用数字微镜(DMD)的哈达玛变换近红外光谱仪。以光栅为分光元件,用DMD代替传统的机械式哈达玛编码模板进行光学调制,用In Ga As单点光电二极管探测调制后的光谱信号。综合考虑分辨率、能量利用率、像差和体积等因素,合理选择狭缝长和宽、光栅入射角及透镜焦距,采用光路分段优化法进行光学设计,通过DMD面阵上的狭缝像和探测器上的点斑尺寸等分析设计结果。模拟分辨率优于4 nm,探测器上点斑尺寸小于3 mm,光学系统尺寸为75 mm×25 mm×85 mm。为提高光谱仪对弱光谱信号的探测能力,在系统前加入了一种集光结构,使从光纤出射的光能的利用率理论值提高24.2%。实验结果表明,该光谱仪的光谱分辨率优于6 nm,通过添加集光结构可以大大提高光谱仪的能量利用效率。该光谱仪具有分辨率高、能量利用率高、体积小、成本低等优点,有广阔的应用前景。     

编码模板误差引起测量光谱图像改变的分析

针对编码模板存在的各种不同误差情况,确定了相应的循环编码矩阵.根据阿达玛变换成像光谱仪的编码和解码原理,通过比较解码得到光谱图像和原始图像.分析了光谱图像在编码模板存在各种不同误差的情况下,随编码模板误差的变化情况,得到了光谱图像随编码模板误差变化的大致范围和基本关系.     

基于阿达玛变换提高激光告警系统信噪比的研究

根据阿达玛变换原理，计算了编码模板大小和码元数，详细介绍了Sn循环矩阵的生成，最后选择数字微镜阵列充当编码模板，并进行了仿真实验研究。实验结果表明，将阿达玛变换应用于激光光谱测量，在不增加测量次数的情况下，可以有效地提高系统的信噪比。     

基于DMD的光谱分辨率自适应Hadamard变换成像光谱仪

数字微镜器件(DMD)可以灵活高效地实现各阶Hadamard编码模板,设计了一种基于DMD的光谱分辨率自适应的Hadamard变换成像光谱仪,分析了仪器的结构和工作原理及实现光谱分辨率自适应的方法。它可以根据目标景物和观测要求的不同而自适应地调整光谱成像的光谱分辨率,从而在光谱准确度和数据计算量之间做出合理的折衷,既满足了对目标分类识别的要求,又提高了数据传输和处理的速度。     

面向生物过程的阿达玛变换近红外光谱仪

对生物过程中营养物质的消耗进行监测,有利于控制微生物的生长环境,使其始终处于最佳生长条件,从而使目标产物的产量最大化。针对酵母培养液中甘油、甲醇和葡萄糖含量的监测需求,研制了一种基于阿达玛变换(hadamard transform,HT)技术的近红外光谱仪。该光谱仪使用自主改进设计的近红外原位探头进行光谱信号的收集,采用数字微镜(digital micro-mirror devices,DMD)进行阿达玛模板的编码调制,配合自主开发的光谱采集软件和光谱分析处理软件,实现了培养液中营养物含量的实时监测。给出了光谱仪的光路设计、近红外原位探头改进设计、硬件电路和软件模块的设计。通过实验测得该光谱仪的杂散光为0.875%,波动率为±4.28%。利用该光谱仪对一系列标准浓度的甘油水溶液进行光谱采集和数学建模,实验结果表明该仪器测量准确,能够满足生物过程监测的要求。     

Analysis and study of the interlaced encoding pixels in Hadamard transform spectral imager based on DMD

The key innovation in Hadamard transform spectral imager (HTSI) introduced recently is the use of digital micro-mirror device (DMD) to encode spectral information. However, because the size of individual micro-mirrors does not match the detector pixel size or for other unavoidable errors in the optical design and the system assembling, an interlaced encoding phenomenon appears on some pixels of the encoded images obtained from the detector. These interlaced encoding pixels are not encoded based on Hadamard transform, so they should be processed specially in spectrum recovery. This paper analyzes the interlaced encoding phenomenon and proposes a positioning method and a decoding method for the interlaced encoding pixels on the encoded images. In our experiment, we direct a beam of laser into our HTSI and fill the entire field of view; by observing the column vector, which is made up of the gray values of a pixel on the encoded images from the detector in sequence, the interlaced encoding pixels can be distinguished easily and a coefficient is obtained simultaneously, which denotes the ratio of the area between the left part and the right part of the interlaced encoding pixel. By substituting the coefficient and the encoded gray values of the interlaced pixel into its encoding equation, we can recover the spectral elements of the interlaced pixel with ease. By comparing the spectral curve of the interlaced encoding pixels recovered by the method mentioned in this paper and the spectral curves of its two adjacent pixels, we find the decoding results are quite effective.     

Digital information encrypted in an image using binary encoding

This paper proposes a new type of encoding methods to encrypt hidden (covert) information in host images. The encrypted information can be plot, fax, word, or network data, and it must be encoded with binary codes. All the pixels in an encoded (overt) image modulated from a host image are classified into three groups. The first group of pixels is called identification codes, used to judge whether the overt image is encoded by a method proposed in this paper or not. The second group of pixels is called type codes, used to judge the encoding type. The third group of pixels is called information codes, used to decode the encoded information. Applying the proposed encoding methods is quite convenient, and host images are not needed for decoding. Decoding covert information from overt images is rather difficult for un-authorized persons, whereas it is very easy for designers or authorized persons. Therefore, the proposed methods are very useful.     

阿达玛变换光谱仪狭缝衍射的编码修正

根据阿达玛变换光谱仪的原理与狭缝衍射特性,分析了光谱仪入射狭缝衍射对阿达玛变换光谱仪测量结果造成影响,对衍射情况下的阿达玛变换光谱仪的仪器结构矩阵进行了研究,得出了衍射情况下阿达玛变换光谱仪的编/解码方法,通过对入射光谱的还原分析,验证了编码/解码的正确性。该方法对阿达玛变换光谱仪的高精度光谱测量具有重要意义。     

Multiple-image encryption by two-step phase-shifting interferometry and spatial multiplexing of smooth compressed signal

A multiple-image encryption method based on two-step phase-shifting interferometry(PSI) and spatial multiplexing of a smooth compressed signal is proposed. In the encoding and encryption process, with the help of four index matrices to store original pixel positions, all the pixels of four secret images are firstly reordered in an ascending order; then, the four reordered images are transformed by five-order Haar wavelet transform and performed sparseness operation. After Arnold transform and pixels sampling operation, one combined image can be grouped with the aid of compressive sensing(CS)and spatial multiplexing techniques. Finally, putting the combined image at the input plane of the PSI encryption scheme,only two interferograms ciphertexts can be obtained. During the decoding and decryption, utilizing all the secret key groups and index matrices keys, all the original secret images can be successfully decrypted by a wave-front retrieval algorithm of two-step PSI, spatial de-multiplexing, inverse Arnold transform, inverse discrete wavelet transform, and pixels reordering operation.     

阿达玛变换光谱成像仪光谱混叠分析及修正

叙述了阿达玛变换光谱成像仪的原理及仪器构成,对阿达玛编码模板引起的光谱混叠现象进行了分析研究.从理论上导出了光谱混叠公式,并提出了光谱修正方法,仿真实验结果表明该方法简单有效.修正后光谱图像的分辨率取决于偏离光轴最远处的码元对应的空间分量.     

液晶空间光调制器在阿达玛变换光谱仪中的应用研究——快速精确的解码方法

研究了液晶空间光调制器(LC-SLM)作为固定不动的编码模板应用于阿达玛变换光谱仪(HTS),提出了快速精确的解码方法,给出了由液晶空间光调制器编码模板所带来的均方根信噪比的改善.