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《中国科学技术大学》 2012年
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微型Offner成像光谱仪和光谱数据处理

吴振洲  
【摘要】:成像光谱技术是成像技术和光谱技术的结合,能够同时获取探测目标的空间信息和光谱信息,经过处理后可以转换得到包含二维空间信息和一维光谱信息的三维数据立方体,目前已被广泛应用于卫星遥感、林业、地质、海洋、医药、生产制造、生态学和军事等领域。 本文基于国家高科技研究发展计划(863计划)“基于国产旋翼无人机的农业低空高光谱遥感技术”,提出了适用于惊细农业应用的成像光谱仪设计技术指标,介绍了微型Offner成像光谱仪系统和光谱仪数据信息系统,完成了仪器实验室测试和噪声分析改善工作,并开展了低空无人机遥感飞行实验。光谱仪结构包括前置光学系统、入射狭缝、Offner结构分光系统和图像采集传感器四个部分;配套了功能完善配套的数据信息系统,完成了成像光谱数据采集与处理的一系列功能,其中数抓采集和存储系统满足了传输速度高、海量数据和轻量化设计的要求;配合仪器推扫式工作原理,图像处理软件提供系统响应补偿、图像拼接、图像存储和图谱显示的功能,满足了仪器调试和不同使用条件下的需要。 整体设计安装完成之后,在实验室内对微型Offner成像光谱仪进行了波长定标、辐射定标,以及光谱分辨率和空间分辨率的测试,并对Hg空心阴极元素灯光谱的空间分布进行了测量,结果证明光谱仪达到了设计要求。为了对光谱仪进行准确的噪声性能评估,采用一种普遍适用于色散型成像光谱仪的信噪比计算方法——等效电子法,得到了仪器的信噪比理论计算公式。微型Offner成像光谱仪内的噪声可以分为时域噪声和空域噪声,这两部分噪声是不相关,系统的总噪声功率等于两类噪声的均方和,详细分析了光谱仪的各噪声模型,对光谱仪图像传感器关键性能参数进行了测量,并通过积分球辐射定标实验验证了信噪比模型的可行性。通过成像光谱数据噪声改善,提升了仪器的噪声性能,结合实验结果给出改善前后的对比。 文章最后介绍了微型Offner成像光谱仪低空无人机遥感实验的总体情况,依次给出了在旋翼无人机和固定翼无人机上获取的成像光潜数据结果,分析了飞行平台稳定性对光谱仪成像质量的影响;通过对比国内外高精度的位置和姿态测量系统,提出了获得高清晰光谱图像需要的改进方向。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TH744.1;TP391.41

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张浩;基于Féry棱镜分光的太阳光谱仪研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 付玉倩;多光谱相机系统集成与调焦方法研究[D];中国地质大学(北京);2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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2 董连凤;高光谱影像预处理技术研究[D];长安大学;2007年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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7 马智宏;王秋平;朱大洲;黄文江;王北洪;周全;;自主研发的成像光谱仪应用及建模初探[A];全国农业遥感技术研讨会论文集[C];2009年
8 国鹏;王俊;雷鹏;魏少明;杨冬;;天基光学空间目标监视系统仿真[A];第八届全国信号与信息处理联合学术会议论文集[C];2009年
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10 王朝晖;石晓峰;;遥感图像大气校正方法概述[A];第三届长三角科技论坛(测绘分论坛)暨'2006江苏省测绘学术年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 郭俊先;基于高光谱成像技术的棉花杂质检测方法的研究[D];浙江大学;2011年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李雪飞;控释肥对紫叶稠李叶片营养、色素及光谱反射的影响[D];山东农业大学;2010年
2 雷彤;基于高光谱的苹果花期果期光谱特征分析及其果量估测[D];山东农业大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 李爱玲;张伯珩;边川平;;高速CCD图像采集存储系统的硬件设计[J];电子器件;2007年06期
3 蒋刚毅;黄大江;王旭;郁梅;;图像质量评价方法研究进展[J];电子与信息学报;2010年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 陈国金;数字图像自动聚焦技术研究及系统实现[D];西安电子科技大学;2007年
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4 夏果;宽波段微型光谱仪设计优化及应用[D];浙江大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 马智宏;王秋平;朱大洲;黄文江;王北洪;周全;;自主研发的成像光谱仪应用及建模初探[A];全国农业遥感技术研讨会论文集[C];2009年
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3 王淑荣;李福田;;全球二氧化碳分布监测仪发展现状与建议[A];全国国土资源与环境遥感应用技术研讨会论文集[C];2009年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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5 记者 于德福;对地观测技术助国土资源调查[N];地质勘查导报;2005年
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8 本报特约记者  司马杭仁;“火星勘测轨道器”首要使命找生命[N];大众科技报;2006年
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10 记者 毛黎;众多分离的物质块组成土星外环[N];科技日报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 薛庆生;用于空间大气遥感的临边成像光谱仪研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
2 张春雷;成像光谱仪光谱辐射定标新方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
3 程欣;大视场光纤成像光谱仪光学系统研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
4 于磊;空间电离层高层大气遥感天底—临边成像光谱仪研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
5 刘玉娟;基于同心光学系统的新型成像光谱仪研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
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7 李聪;大气紫外成像光谱仪地面测试与定标技术研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2010年
8 宋昕;紫外临边成像光谱仪的热控制技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
9 吴振洲;微型Offner成像光谱仪和光谱数据处理[D];中国科学技术大学;2012年
10 徐睿;深空探测AOTF红外成像光谱仪系统定标技术研究[D];中国科学技术大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王劼;田野成像光谱仪中小麦叶绿素含量模型研究[D];中国科学技术大学;2011年
2 尚杨;光栅型成像光谱仪噪声抑制技术研究[D];西安工业大学;2012年
3 李珣;光栅型成像光谱仪光学系统设计[D];西安工业大学;2012年
4 刘子寒;长波红外成像光谱仪的设计与研究[D];苏州大学;2013年
5 孙宝朋;组件透射式成像光谱仪的设计与应用研究[D];南京理工大学;2014年
6 孙慈;成像光谱仪全视场自动化光谱定标技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
7 段利华;基于LCTF的成像光谱仪定标与测试系统研究[D];华中科技大学;2011年
8 白鹏;显微干涉成像光谱技术的理论研究[D];西安工业大学;2010年
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