静态傅里叶变换光谱仪的机理及干涉条纹的校正

针对高速、瞬时光谱测量要求光谱仪的结构简单、装备方便、实时性强的特点,文章介绍了一种静态傅里叶变换光谱仪,并对其原理进行了推导与剖析。针对其调整中出现的干涉条纹的倾斜校正问题,进行了详细的理论分析和干涉条纹模型的数学推导,得出倾斜镜旋转参数和光学元件最小通光口径之间的数学关系,以及倾斜镜旋转参数和干涉条纹旋转参数之间的数学关系。通过利用Matlab7.0数学工具,对所总结推导的干涉条纹模型进行模拟,对所得的各种参数之间的数学关系进行验证。分析结果表明据此数学关系所求得的β角校正精度达到1.4%,是一种有效可行的校正方法。     

高分辨率傅里叶变换成像光谱仪光谱重建并行算法

高分辨率傅里叶变换成像光谱仪具有高空间分辨率和高光谱分辨率的特点,但光谱重建时间冗长。通过对傅里叶变换光谱重建流程分析,为研制的1024pixel(光谱维)×1024piexl(像宽)×1024piexl(像高)高分辨率紫外傅里叶变换成像光谱仪的数据立方体反演,设计了一种并行优化算法。实验表明,在6核处理器上对512M和2G的数据立方体进行变换,时间分别只需88.33s和489.75s,加速比分别为3.70和3.04,大幅度提高了运算效率。如将该算法应用到更多内核处理器上,可得到更高的加速比和更少的运算时间。     

傅里叶变换光谱仪非线性光程差分析与校正

针对由非线性光程差恢复出的光谱会出现附加频率噪声而导致复原谱线加宽,严重影响光谱质量,为此提出一种仅对特征光源进行一次测量即能完成干涉图非线性光程差校正及波长定标的方法。通过对特征光源的单次测量可获得干涉图,计算干涉图中包含的非线性相位与大致中心频率,并计算相对光程差,进而获得光程差与采样点之间的非线性映射关系,最终通过二次采样实现非线性光程差的校正。以静态双折射傅里叶变换光谱仪为例,首先构建系统的非线性光程差模型,给出非线性光程差的校正方法及其原理,然后采用汞氩灯作为特征光源进行实验验证,通过获取的干涉图提取汞氩灯的特征谱线,分析出不同波长下其对非线性光程差的影响,最后对非线性光程差进行校正和波长定标。实验结果表明,经所提方法校正后,546.074 nm波长处谱线的半峰全宽由未校正的9.08 nm变为4.14 nm,说明所提方法有效提升了光谱仪的分辨率与准确度。     

紫外傅里叶变换光谱仪干涉图数据处理

阐述了干涉图数据处理方法 ,采用紫外傅里叶变换光谱仪实验测量了汞灯光谱干涉图。使用四阶Blackman Harris窗函数作为切趾函数 ,采用最小二乘法拟和多项式对光源傅里叶变换光谱进行相位校正 ,获得了高精度的Hg紫外发射光谱     

基于小波变换条纹修补和条纹自相似性干涉条纹极值提取

提出了基于小波变换的条纹修补方法和利用干涉条纹自相似性的条纹灰度极值自动判读方法基于小波变换的条纹修补方法包括滤除噪音、多尺度小波变换、模极大值检测滤除奇异区域、近似信号自动修补,在此基础上进行多项式拟合,首先实现最外层条纹灰度极值的自动提取基于干涉条纹自相似性的条纹灰度极值自动判读方法是通过逐渐平移拟合区域,准确地提取了内层条纹的灰度极值位置,从而可以处理整幅图片的干涉条纹.此方法的特点是自适应、无需人为设定参量、处理速度快实验结果表明,该方法有很好的可靠性和准确性,并且处理区域大、用时少,仅需对图片扫描一次即可提取全部条纹的灰度极值.     

基于小波变换条纹修补和条纹自相似性的干涉条纹极值提取

提出了基于小波变换的条纹修补方法和利用干涉条纹自相似性的条纹灰度极值自动判读方法.基于小波变换的条纹修补方法包括滤除噪音、多尺度小波变换、模极大值检测滤除奇异区域、近似信号自动修补,在此基础上进行多项式拟合,首先实现最外层条纹灰度极值的自动提取.基于干涉条纹自相似性的条纹灰度极值自动判读方法是通过逐渐平移拟合区域,准确地提取了内层条纹的灰度极值位置,从而可以处理整幅图片的干涉条纹.此方法的特点是自适应、无需人为设定参量、处理速度快.实验结果表明,该方法有很好的可靠性和准确性,并且处理区域大、用时少,仅需对图片扫描一次即可提取全部条纹的灰度极值.     

傅里叶变换光谱学相位校正的新方法

本文提出一种校正干涉图不对称性的新方法.采用本方法进行一次处理,就可把严重失对称的干涉图变成对称,从而可校正因相位误差而造成的复原光谱畸变.理论和实验都证明此方法比目前通用的各种相位校正方法有更好的效果.     

干涉型计算层析成像光谱仪的实现方法

提出了一种干涉型计算层析成像光谱仪(CTII)原理及实现方法。CTII把空间调制式傅里叶变换成像光谱仪(FTIS)的原理与计算层析成像光谱仪(CTIS)的原理巧妙结合,因此整个系统在原理上具有高灵敏度、高光谱分辨率,以及高空间分辨率。分析和讨论了CTII的工作原理,给出了一种实用CTII的光路结构;对典型目标的投影图像进行实验,实验结果验证了本方法的可行性。     

空间调制型干涉光谱成像仪数据处理方法

干涉型光谱成像技术是一种新型的光谱成像技术,近些年来发展迅速。干涉成像光谱仪获得的是间接数据干涉图,不能被用户直接使用,需要进行干涉数据反演处理,包括数据预处理(干涉图修正)、切趾、相位修正、傅里叶变换、光谱辐射定标等一系列复杂的处理,目前国内外尚未有文献对干涉数据处理技术进行全面的分析,文章基于作者单位对此技术多年的研究,针对空间调制型干涉光谱成像仪的数据处理方法,结合环境与灾害卫星超光谱成像仪的数据,提出了一套有效的数据反演方法和流程,获得了很好的数据反演结果。     

基于窗口傅里叶变换剪切干涉法波前检测

提出了一种利用二维窗口傅里叶变换从径向剪切干涉条纹中准确得到波前的重建技术。首先对剪切干涉条纹做二维窗口傅里叶变换,设置阈值和频率积分范围后,进行二维窗口傅里叶逆变换,然后对包裹相位做去载频和相位展开处理得到相位差分布,最后使用波前迭代算法从相位差中复原实际波前。模拟计算表明,使用该方法最大相位复原误差为0.82%,均方根值为0.020 9 rad,实验结果验证了该方法的有效性。同时也对窗口傅里叶变换的关键参数,如窗函数的选择、窗口大小的确定以及阈值的选取等进行了简要讨论。与传统傅里叶变换法(FFT)相比,基于窗口傅里叶变换的剪切干涉波前检测法有更高的精度和稳定性,为波前检测提供一种新的处理方法。     

基于窗口傅里叶变换剪切干涉法波前检测

提出了一种利用二维窗口傅里叶变换从径向剪切干涉条纹中准确得到波前的重建技术。首先对剪切干涉条纹做二维窗口傅里叶变换,设置阈值和频率积分范围后,进行二维窗口傅里叶逆变换,然后对包裹相位做去载频和相位展开处理得到相位差分布,最后使用波前迭代算法从相位差中复原实际波前。模拟计算表明,使用该方法最大相位复原误差为0.82%,均方根值为0.020 9 rad,实验结果验证了该方法的有效性。同时也对窗口傅里叶变换的关键参数,如窗函数的选择、窗口大小的确定以及阈值的选取等进行了简要讨论。与传统傅里叶变换法(FFT)相比,基于窗口傅里叶变换的剪切干涉波前检测法有更高的精度和稳定性,为波前检测提供一种新的处理方法。     

基于方向角预测三维小波变换的干涉多光谱图像压缩

根据大孔径静态干涉多光谱图像的成像特点,提出一种基于方向角预测的三维小波变换.这种三维小波变换的新颖之处在于它将方向预测结合到三维提升小波中.这样每次提升小波中的预测可在相关性最强的方向上进行而不需总是局限在变换的方向上.实验证明,对于干涉多光谱图像这种方向性很强的立体图像序列,基于方向角预测的三维小波变换比原始三维提升小波变换有明显改进,在相同的量化编码下,基于方向角预测的三维小波变换比原始三维提升小波变换提高1 dB左右.经该种方法压缩的图像的光谱特性也得到明显改善.     

光纤傅里叶变换光谱仪干涉图的对称化处理

偏离中心条纹的抽样以及光纤干涉仪的缺陷引起光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)输出的干涉图不对称,导致由傅里叶余弦变换计算得到的光谱带有相位误差,影响光谱的线型。文章首次将卷积方法应用到光纤傅里叶变换光谱仪中干涉图的对称化处理,利用干涉图的中心部分计算出相位误差,通过傅里叶变换得到了对称化处理函数,用卷积运算在时域完成了光谱的相位误差校正。实验研究表明,在FFTS中该方法能在时域有效地实现干涉图对称化,校正了光谱的相位误差。该方法不仅克服了双边干涉图的缺点,而且校正的结果有较高的准确度。     

基于小波变换的干涉图压缩算法

在研究小波变换和分层树集合分割排序算法的基础上,将小波图像压缩技术应用于干涉图的压缩.根据小波分解系数矩阵中高频子图像上数据接近于零,信息主要表现部分在低频子图像上,以及干涉图数据中主要信息集中在零光程差附近的特征,将干涉图一行数据拆开并按对角Z型排列存储为矩阵形式,再进行小波压缩.结果表明,此改进能提高压缩性能.     

基于数字全息与小波变换的图像数字水印技术

提出一种以数字全息和小波变换为基础的数字水印技术,实现在原始图像中嵌入数字全息水印。首先通过傅里叶变换方法将待隐藏的图像制成数字全息水印图,接着将数字全息水印图和原始图像都分为四个子块,并对原始图像子块进行小波分解,最后将数字全息图像子块嵌入到原始图像相应子块较大的小波系数中。实验仿真结果证明了该水印技术对图像剪切和图像有损压缩有较好的稳定性。     

基于二维傅里叶变换的单帧干涉图相位提取方法

针对大口径光学元件干涉测试过程中,测试装置和干涉腔长较大,气流扰动和环境振动对移相测试过程产生影响等问题,采用一种基于二维傅里叶变换的单帧干涉图处理方法,只需要对一幅空间载频干涉条纹图进行处理即可获得待测相位,具有抗振测试的优点。对该方法的基本原理和算法过程进行分析,并对近红外大口径移相平面干涉仪中600 mm口径的光学平晶进行了面形测试。实验结果表明:采用该方法所得波面峰谷值(PV)为0.112,波面均方根值(RMS)为0.014,与移相算法所得波面数据相比,波面峰谷值偏差不到(1/500);波面均方根值(RMS) 偏差几乎为零。     

空间采样傅里叶变换光谱仪光谱反演研究

根据相似性准则,对采集到的干涉图像进行干涉图元的拆分,通过寻址定位,得到与离散光程差序列相匹配的采样干涉图序列。采用过零采样方式,对大单边干涉图序列与小双边干涉图序列利用不同的窗函数进行切趾。为了校正相位误差,结合所研究采样干涉图的特点,对频域光谱乘积校正和空域干涉图卷积校正进行了研究和改进,获得了比较理想的光谱线形,其中空域干涉图卷积校正后的光谱偏差仅为0.012088,具有最好的校正效果。     

基于旋滤波法的干涉条纹预处理技术

提出了一种新的基于旋滤波法的干涉条纹预处理方法。该方法根据条纹图灰度值梯度分布规律,只在干涉条纹切线方向进行中值滤波,它能有效地处理各种相干噪声而不会使条纹变模糊。实验证明该方法能有效地去除随机噪声、椒盐噪声以及由于光照不均匀引起的较大面积的亮斑或暗斑等噪声。对于亮斑或暗斑,其滤波效果要明显优于Gerchberg外插迭代算法。以WYKO相移干涉仪5次测量的面形平均值作为被测面形的参考值,则经过预处理后,抑制了噪声引起的局部误差,傅里叶变换法计算得到PV值的误差从未预处理的14.4%(全口径)、131%(95%口径)分别减小到3.4%(全口径)、1.5%(95%口径);RMS误差从28.7%(全口径)、23.3%(95%口径)分别减小到5.0%(全口径)、2.3%(95%口径)。     

基于旋滤波法的干涉条纹预处理技术

 提出了一种新的基于旋滤波法的干涉条纹预处理方法。该方法根据条纹图灰度值梯度分布规律,只在干涉条纹切线方向进行中值滤波,它能有效地处理各种相干噪声而不会使条纹变模糊。实验证明该方法能有效地去除随机噪声、椒盐噪声以及由于光照不均匀引起的较大面积的亮斑或暗斑等噪声。对于亮斑或暗斑,其滤波效果要明显优于Gerchberg外插迭代算法。以WYKO相移干涉仪5次测量的面形平均值作为被测面形的参考值,则经过预处理后,抑制了噪声引起的局部误差,傅里叶变换法计算得到PV值的误差从未预处理的14.4%(全口径)、131%(95%口径)分别减小到3.4%(全口径)、1.5%(95%口径);RMS误差从28.7%(全口径)、23.3%(95%口径)分别减小到5.0%(全口径)、2.3%(95%口径)。