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光栅型成像光谱仪噪声抑制技术研究

作　者: 尚杨
导　师: 韩军
学　校: 西安工业大学
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 光栅成像光谱仪噪声抑制杂散光点扩散函数
分类号: TH744.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

成像光谱技术是集成像技术与光谱探测技术为一体的新型光学遥感技术。它不仅能够获得目标的空间图像信息,还能获得目标的光谱信息。解决了传统科学领域“成像无光谱”和“光谱不成像”的问题。成像光谱仪由于其能获得更多的目标信息,而被广泛应用于地质、海洋、农业、林业、水文、城市、环境和军事等领域。在成像光谱仪在发展历程中色散型成像光谱仪出现最早,技术也比较成熟。其中光栅以其光谱分辨率高、体积小等诸多优点被广泛应用。由于成像光谱仪常用于探测距离较远,接收到目标辐射能量较弱,而在成像过程中又由于各种噪声的影响,使得目标信息淹没在噪声中而从降低了仪器的探测能力。本论文围绕光栅型成像光谱仪噪声展开研究和探索,通过对噪声的抑制实现仪器性能的提高。完成了以下几个方面的内容：1从高光谱图像的成像机理出发,分析光栅型成像光谱仪工作过程中加入的主要噪声。2成像光谱仪的望远系统常采用R-C系统。而R-C系统中存在视场外的杂散光不经过任何散射直接照射射到像面上,而严重影响图像质量,因此需要对其进行杂散光分析。首先对光学系统进行遮光罩和挡光环的设计,并在杂散光分析软件Tracepro中对系统建立三维模型。最后通过计算系统在0.5°-400不同离轴角度的点源透过率和杂光系数,评价系统杂散光抑制效果。3根据光栅光谱系统中的杂散光的特点,提出采用He-Ne激光器测出线扩展函数,并假设光谱系统是线性波长不变的前提下,构建杂散光分布函数矩阵,转化为杂散光校正矩阵,实验表明光谱系统的杂散光信号基本上将被修正为零。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-17
  1.1 成像光谱技术概述  8
  1.2 成像光谱仪的分类  8-14
  1.3 国内外研究现状  14-15
  1.4 研究的目的及意义  15
  1.5 本文研究的主要内容及章节安排  15-16
    1.5.1 研究的主要内容  15-16
    1.5.2 章节安排  16
  1.6 本章小结  16-17
2 光栅型成像光谱仪系统概述  17-24
  2.1 光栅型成像光谱仪工作原理  17
  2.2 衍射光栅基本工作原理  17-21
    2.2.1 平面反射式光栅的色散原理  18
    2.2.2 反射式平面衍射光栅的基本特性  18-21
  2.3 光栅型成像光谱仪光学系统组成  21-23
    2.3.1 前置望远系统  21-22
    2.3.2 光谱系统  22-23
  2.4 本章小结  23-24
3 光栅型成像光谱仪的噪声分析  24-32
  3.1 噪声产生的原因  24
  3.2 光栅型成像光谱仪系统组成  24-25
  3.3 光学噪声  25-28
    3.3.1 辐射传输模型  25-28
    3.3.2 杂散辐射噪声  28
  3.4 电子噪声  28-31
    3.4.1 CCD工作原理  28-30
    3.4.2 光子噪声  30
    3.4.3 暗电流噪声  30
    3.4.4 输出放大器噪声  30-31
    3.4.5 量化噪声  31
    3.4.6 非均匀性噪声  31
  3.5 本章小结  31-32
4 杂散噪声分析与抑制  32-48
  4.1 引言  32
  4.2 杂散光分析研究的理论基础  32-35
    4.2.1 基本能量传输方程  32-33
    4.2.2 光学系统的杂散光路径  33-34
    4.2.3 杂散光分析的步骤  34-35
  4.3 望远系统的消杂光设计与分析  35-47
    4.3.1 望远系统遮光系统设计  35-39
    4.3.2 杂散光结果分析  39-47
  4.4 本章小结  47-48
5 光谱串扰的校正  48-58
  5.1 光谱串扰产生的原因  48-50
  5.2 修正原理  50-51
  5.3 波长定标  51-54
  5.4 实验结果  54-57
  5.5 本章小结  57-58
6 结论  58-60
  6.1 结论  58-59
  6.2 展望  59-60
参考文献  60-63
攻读硕士学位期间发表的论文  63-64
致谢  64-66

光栅型成像光谱仪噪声抑制技术研究

内容摘要

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