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基于傅里叶望远术信号处理的研究

作　者: 张炎
导　师: 杨春平
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 高分辨率成像 傅里叶望远术 信号处理 图像重构
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


傅里叶望远术是一种主动式的高分辨率成像技术,它利用直线干涉条纹场扫描目标来获取携带目标频谱信息的回波信号,并通过相位闭合技术消除光束初始相位和大气湍流带来的相位畸变,最终还原出目标的频谱信息从而重构出目标图像。虽然该技术已经发展了将近二十年,但仍受限于现阶段激光器技术的水平,大部分研究都处在理论研究和实验室演示验证阶段。为此在实验室中搭建了四光束的傅里叶望远术验证成像系统,对傅里叶望远术进行了相关研究。本论文主要基于实验室搭建完成的验证实验系统开展信号处理方面的研究。其中主要的工作内容有:(1)详细论述了傅里叶望远术所涉及到的相关理论和工作原理。并对实验室中搭建的四光束傅里叶望远术验证实验成像系统的光路和部分器件做了详细介绍。(2)对傅里叶望远术验证实验系统中的整个信号处理过程进行了深入的研究,其中主要包括回波信号的形成、信号放大与频率分离、傅里叶解调算法、相位闭合形式和频谱还原算法等。另外,由于光路中每束光都只能在一维方向上移动,根据现有光路的特点设计了抽取目标频谱过程中的光束移动方式,并在对实验装置的要求、频谱还原算法的复杂度和抽取到的目标频谱矩阵大小这三个方面和传统的两种光束移动方式进行了比较,结果表明本实验中采用的光束移动方式在保证抽取目标频谱点数的同时,还可以精简了实验结构、降低了实验成本、节约了数据采集时间和简化频谱还原算法。(3)利用LabVIEW8.6完成了实验中相关控制软件、检测软件和信号处理软件程序设计,并且通过测试它们都能够正常工作。其中控制软件包括声光调制器控制软件、电动位移台控制软件、CCD相机控制软件和数据采集卡控制软件,检测软件包括光斑中心检测软件和干涉条纹检测软件。(4)完成了相关傅里叶望远术验证实验。其主要工作包括测定了电动位移台移动距离,对验证系统生成的干涉条纹进行了标定,确定了实验中所用目标的尺寸大小和探测器尺寸的关系,并最终初步实现了多幅3mm×3mm目标的图像重构。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 傅里叶望远术的国内外发展动态  10-14
  1.3 本论文主要研究内容  14-15
第二章 傅里叶望远术原理及实验室验证实验方案  15-27
  2.1 傅里叶望远术涉及的相关原理  15-20
    2.1.1 直线条纹频谱抽取原理  15-16
    2.1.2 干涉拍频效应  16-17
    2.1.3 相位闭合原理  17-18
    2.1.4 二维DFT 及其反变换  18-19
    2.1.5 傅里叶望远术工作原理  19-20
  2.2 实验室中傅里叶望远术验证实验系统  20-26
    2.2.1 傅里叶望远术验证实验光路  20-22
    2.2.2 验证实验系统主要器件介绍  22-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章 傅里叶望远术验证实验信号处理研究  27-38
  3.1 回波信号形成  27-28
  3.2 信号放大和频率分离  28-29
  3.3 傅里叶解调  29-30
  3.4 频谱抽取方式及频谱还原  30-37
    3.4.1 一维频谱抽取方式  31-32
    3.4.2 二维频谱抽取方式  32-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章 傅里叶望远术验证实验相关软件程序设计  38-59
  4.1 控制软件程序设计  38-49
    4.1.1 声光调制器控制  38-40
    4.1.2 电动位移台控制  40-43
    4.1.3 CCD 相机控制  43-45
    4.1.4 数据采集卡控制  45-49
  4.2 光斑中心检测和条纹检测程序设计  49-55
    4.2.1 光斑中心检测  50-52
    4.2.2 干涉条纹检测  52-55
  4.3 目标图像重构程序设计  55-58
  4.4 本章小结  58-59
第五章 傅里叶望远术验证实验结果和分析  59-68
  5.1 电动位移台移动距离测定  59-60
  5.2 光斑间距与干涉条纹检测结果  60-62
  5.3 目标尺寸选择  62-63
  5.4 目标图像重构结果与分析  63-67
    5.4.1 一维目标成像结果  64-65
    5.4.2 二维目标成像结果  65-66
    5.4.3 重构图像结果分析  66-67
  5.5 本章小结  67-68
第六章 总结与展望  68-70
  6.1 工作总结  68
  6.2 工作展望  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-75
攻读硕士期间取得的成果  75-76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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