基于分光棱镜式的多光谱成像系统研究

论文摘要

传统成像光谱仪器多以实验室仪器和专用仪器的形式出现,由于体积庞大、价格昂贵,而大大地限制了其应用范围。在许多应用领域,成像光谱仪器的尺寸的缩小比提高其分辨率更为重要。课题以分光棱镜多光谱成像仪为研究的目标,分析了成像光谱仪在设计上所存在的问题,通过几何光学光路的计算和优化,能够减少部分设计中存在的问题。提出了棱镜分光和窄带滤波器的配合方案,通过ZEMAX软件给出了设计的具体过程和优化参数,确保了光学成像系统的稳定性和实效性。通过设计的光谱仪模型,借助于CCD传感器拍摄了几组桔子照片,通过图像处理软件MATLAB的处理,分析了在不同光谱下的图像,通过RYGB四色图像的对比,能够较好地区分水果的外观品质,光谱仪可以方便地使用在机器视觉中,减轻劳动力,提高效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.1.1 成像光谱仪器概述
• 1.1.2 研究多光谱成像仪的意义
• 1.2 研究背景
• 1.3 光谱成像仪的应用
• 1.4 本课题研究的技术路线和方法
• 1.5 本论文各章的内容和布局
• 第二章 光学仪器的成像原理
• 2.1 光传播的基本规律
• 2.1.1 光学实验定律及原理
• 2.1.2 费马原理
• 2.2 成像的基本原理
• 2.2.1 成像的基本概念
• 2.2.2 球面反射傍轴成像
• 2.2.3 薄透镜傍轴成像
• 2.2.4 共轴球面系统傍轴成像
• 2.3 CCD原理与高速光谱数据采集系统
• 2.3.1 面阵CCD的简介
• 2.3.2 面阵CCD视频图像采集系统的组成
• 第三章 成像光谱仪系统的设计原理
• 3.1 光学系统设计的简介
• 3.2 基本概念
• 3.2.1 光学系统的结构参数
• 3.2.2 光学系统的评价函数
• 3.2.3 光学系统的边界条件
• 3.2.4 光学系统的自变量
• 3.3 光学系统的自动设计过程
• 3.4 光学系统的公差分析
• 3.4.1 光学透镜的制造公差
• 3.4.2 光学透镜的组装公差
• 3.5 设计原理
• 3.6 分光棱镜系统的设计方案
• 3.6.1 光学多通道模型的建立
• 3.6.2 像质分析
• 3.6.3 光学系统的公差分析
• 3.7 立体建模
• 3.7.1 各透镜组模型
• 3.7.2 棱镜光学分幅系统的建模
• 3.7.3 光学系统的位图分析
• 第四章 多光谱实验仪试验图像的MATLAB处理
• 4.1 数字图像处理基本理论
• 4.2 试验样本
• 4.3 图像采集
• 4.4 图像分割预处理
• 4.5 多光谱图像合成
• 4.6 不同表面特征的灰度分布
• 4.7 缺陷和果梗的识别依据
• 4.8 识别结果与分析
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢