微型offner成像光谱仪和光谱数据处理

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1、【IINNIIIIIININlY2125970UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeCompactOffnerImagingSpectrometerandSpectralDataProcessingAuthor’SName：ZhenzhouWuSpeciality：SynchrotronRadiationandApplicationsSupervisor：ProfQiupingWangFinishedtime：May14“，2012中国科学技术大学学位论文

2、原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：2垒堕!笪：鱼中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或

3、扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。啦仫开口保密(——年)作者签名：鼻∑龋驯作者签名：型堕当签字日期：塑垒：6：墅导师签名：签字日期：皇搜l兰t‘参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”，

4、提出了适用于精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，其中数据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

5、，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

6、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谱数据结果，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。关键词：Offner成像光谱仪数据采集处理信噪比理论模型噪声改善无人机遥感ABSTRACTABSTRACTThespectralimagingtechnology，bycombiningtheimagingandspectro

7、scopytechnologies，canprovidebothspatialandspectralinformationofobjectssimultaneously．Throughdataprocessing，theacquireddatacanbeconstructedtoathree．dimensionaldatacubewhichcontainstwo—dimensionalspatialinformationandone—dimensionalspectralinformation．Thistechnologyhasbeenwidelyuse

8、dinsatelliteremotesensing，forestry,geolo