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红外与毫米波学报 2023年第1期42卷 111-121页

作者：姬忠鹏桂裕华李津宁谭永健杨秋杰王建宇何志平中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

基于声光可调谐滤波器(AOTF)的光谱仪器已经在生物医学、农业、航空航天等领域中广泛应用。然而,传统的AOTF光谱仪很难在保持光谱分辨率和减少采样次数的同时,还实现系统光通量的增加。针对上述问题,本文提出了一种基于压缩感知理论的A... 详细信息

基于声光可调谐滤波器(AOTF)的光谱仪器已经在生物医学、农业、航空航天等领域中广泛应用。然而,传统的AOTF光谱仪很难在保持光谱分辨率和减少采样次数的同时,还实现系统光通量的增加。针对上述问题,本文提出了一种基于压缩感知理论的AOTF光谱测量方法,利用AOTF可多频驱动的特点,在光谱维度上实现稀疏随机编码复合光信号调制,可利用单元或面阵探测器顺次记录完成压缩采样,再通过压缩感知重建算法获得目标光谱曲线或光谱图像数据立方体。为了验证本方法的有效性,我们利用实际测量得到AOTF光谱响应带宽数据,构建传感矩阵,以展宽光谱为恢复目标,仿真了压缩采样和目标数据重构效果。仿真结果表明,该方法可以通过202次压缩采样,重构得到512个波长点的光谱数据,光谱数据采样率和压缩比为0.39。此采样率下,本方法可以高精度恢复光谱曲线,PSNR指标达到41.75dB,SAM和GSAM指标为0.9998和0.9754。多频同时驱动下,系统光通量平均提升了5倍。与传统逐波长点扫描的采样方式相比,该方法能够在保持原有光谱分辨率的前提下减少总采样次数,提高系统的光通量,同时还压缩了光谱数据,在微弱信号检测、物质快速识别以及光谱数据传输和存储等领域具有十分重要的意义。

关键词：压缩感知计算光谱学多频声光效应 AOTF

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光谱域编码的压缩光谱测量技术

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红外与激光工程 2022年第11期51卷 281-297页

作者：徐亦静吴志鹏王琦龙东南大学电子科学与工程学院江苏南京210096

光谱测量技术在生物医药、国防、安检、生产监控、地质勘测、物质分析、环境保护和减灾防灾等方面有着广泛的应用。但受制于现有探测器件和应用的技术条件,传统类型光谱仪在上述领域的应用灵活性和适用性的限制较多,光谱系统微型化和可... 详细信息

光谱测量技术在生物医药、国防、安检、生产监控、地质勘测、物质分析、环境保护和减灾防灾等方面有着广泛的应用。但受制于现有探测器件和应用的技术条件,传统类型光谱仪在上述领域的应用灵活性和适用性的限制较多,光谱系统微型化和可集成化是确定发展的趋势之一。光谱成像系统有着向微型化、芯片化和智能化发展的迫切需求,且伴随相关计算光谱成像理论的成熟完善,计算型光谱仪有望在减少器件或系统重量与尺寸的同时,大幅提升光谱分辨能力。基于压缩感知理论的计算型光谱仪具有实时性好、适用范围广、结构调整灵活、成本低廉等诸多优势。文中参考压缩感知理论的基础框架,详细对比多种分光结构的设计方法,分析光谱域直接编码的压缩光谱测量技术,归纳总结具有压缩感知功能的智能芯片化光谱仪的发展趋势和技术问题。

关键词：压缩感知光谱测量重构算法计算光谱学光电探测

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正交基字典学习的可见近红外光谱反射率重建方法研究

正交基字典学习的可见近红外光谱反射率重建方法研究

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作者：周欣华中科技大学

学位级别：硕士

光谱反射率对目标的探测和识别具有重要的价值,但是现有的干涉仪等光谱仪器计算量大、成谱时间长,难以获取快速运动目标的光谱反射率,现有光谱重建算法实验条件苛刻,光谱重建精度差。本文主要研究了在光谱字典构建和光谱反演过程中引入... 详细信息

光谱反射率对目标的探测和识别具有重要的价值,但是现有的干涉仪等光谱仪器计算量大、成谱时间长,难以获取快速运动目标的光谱反射率,现有光谱重建算法实验条件苛刻,光谱重建精度差。本文主要研究了在光谱字典构建和光谱反演过程中引入相机成像特性作为约束条件,提高反演精度的方法。首先,本文提出了一种快速正交基字典学习算法,基于光谱反射率聚类生成的数据集来学习稀疏编码字典,有效减少了字典中的原子数。同时该算法引入了正交约束,将超定问题转为最小值求解问题,通过硬阈值运算更新稀疏字典中的原子,可以缩短算法训练时间,同时避免字典中原子的相似性,其重建性能有所提升。在重建光谱反射率的过程中,需要获取可见光相机的光谱响应曲线,以往的方法首先对可见光相机的光学系统建模,基于建立的模型生成光谱响应曲线。然而这种建模过程过于复杂,导致获取的光谱响应曲线精度不高。为了提高精度,采用实际测量的方式获取可见光相机的光谱响应曲线,从单色仪光功率的稳定性等方面来消除测量误差,同时为简化模型,减少噪声带来的测量误差影响,通过消除背景噪声、优化实验操作等步骤来提升测量精度。最后,基于训练生成的光谱字典,结合相机的成像原理,建立光谱反射率与RGB像素之间的映射关系。对输入的测试图像,首先进行白平衡处理来归一化场景照明,随后将像素值转换为色度坐标以消除阴影的影响,寻找欧氏距离最接近的色度坐标,通过正交匹配跟踪算法完成目标像素的光谱反射率重建,实验结果表明,本文方法重建精度优于对比的光谱重建算法。

关键词：图谱关联动目标光谱探测计算光谱学字典学习算法光谱重建

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基于深度学习的滤光片型高光谱成像技术

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激光与光电子学进展 2023年第10期60卷 460-468页

作者：林学利王子林邹艳霞刘豪郝然金尚忠中国计量大学光学与电子科技学院浙江杭州310018 浙江省现代计量测试技术及仪器重点实验室浙江杭州310018

相较于传统快照式高光谱成像技术,基于深度学习的滤光片型高光谱成像技术仅使用深度学习和极少的滤光片进行光谱采样,便能重建高光谱,且滤光片直接与图像传感器集成,具有结构简单、成像速度快等优点。但现有的研究大多直接以原高光谱成... 详细信息

相较于传统快照式高光谱成像技术,基于深度学习的滤光片型高光谱成像技术仅使用深度学习和极少的滤光片进行光谱采样,便能重建高光谱,且滤光片直接与图像传感器集成,具有结构简单、成像速度快等优点。但现有的研究大多直接以原高光谱成像仪拍摄的图像为数据集,而未对数据集进行预处理,忽略了原高光谱成像仪对数据集的影响。因此,通过对原高光谱成像仪成像原理进行研究来对数据集进行预处理,把高光谱图像转换为辐射功率谱,从而消除原高光谱成像仪的影响,增强了模型鲁棒性。另外,鉴于滤光片存在光谱响应函数平滑性差而难以加工的问题,将平滑性约束纳入误差函数的设计中,使优化所得的滤光片具有平滑的光谱响应函数且易于加工。

关键词：光谱学高光谱成像计算光谱学光学逆向设计

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