基于gpu的快照式成像光谱复原研究

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1、硕士学位论文基于GPU的快照式成像光谱复原研究RESEARCHONSNAPSHOTIMAGINGSPECTRUMRESTORATIONBASEDONGPU赵梁玉哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP731学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于GPU的快照式成像光谱复原研究硕士研究生：赵梁玉导师：金鹏教授申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP731U.D.C:621.3Dissertationfor

2、theMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSNAPSHOTIMAGINGSPECTRUMRESTORATIONBASEDONGPUCandidate：ZhaoLiangyuSupervisor：Prof.JinPengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringInstrumentationScienceandSpeciality：TechnologyDepartmentofAutomaticAffiliation：MeasurementandControlDateofDefenc

3、e：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要光谱成像技术集合了光谱技术和成像技术，具有多维信息获取和处理能力，在各领域得到广泛应用。快照式成像光谱仪，可在一个探测器积分时间内获得完整的三维数据集，在实时侦测等方面具有巨大发展潜力，目前已成为研究热点。目前的快照式成像光谱技术研究大多针对结构进行创新改进，对后期数据处理研究较少。此外，目前的光谱处理软件多处理离线数据，数据采集与处理间相互独立，集成度低，在一定程度上限制了快照成像光谱技术

4、的发展应用。本课题以实验室研制的快照式成像光谱仪样机为研究平台，研究其光谱复原算法，旨在最终搭建一套集数据采集、处理、显示等功能于一体的光谱复原系统，实现干涉图的实时采集、光谱曲线和光谱切片的提取、图像彩色合成以及光谱数据存储等功能。本课题主要围绕以下几个方面开展了研究工作：首先，对快照式成像光谱仪的系统结构和工作原理进行了研究，分析了系统获得的干涉数据特性和可能存在的误差，在此基础上，对数据预处理、傅里叶变换及光谱定标等光谱复原算法进行研究，重点研究了亚像素精度的图像配准问题和非均匀干涉信号的光谱复原问题。其次，结合CUDA并行计算架构，提出并实现了一种基

5、于GPU的并行化光谱复原算法，在不损失光谱复原精度的情况下，获得了20倍以上的光谱复原效率提升，大幅提高了光谱复原效率。再次，成功搭建了一套集数据采集、处理、显示等功能于一体的光谱数据处理系统，实现了干涉图的实时采集、光谱处理、显示及存储等功能。最后，以实验室研制的快照式成像光谱仪样机和本课题搭建的光谱复原系统为实验平台，对成像光谱仪的光谱分辨力、空间分辨力、光谱复原精度、GPU并行化算法的光谱复原效率提升以及系统的同色异谱鉴别能力进行了测试，验证了光谱复原系统的性能。关键词：光谱复原；图像配准；非均匀傅里叶变换；GPU；CUDA-I-哈尔滨工业大学工学硕士

6、学位论文AbstractImagingspectroscopy,whichisthecombinationofimagingtechnologyandspectrocopy,hasbeenwidelyusedinvariousfieldsforitsoutstandingcapabilitiesonmulti-dimensionalinformationacquisitionandprocessing.Owingtoitsabilityofobtainingthewhole3Ddatacubebyoneexposure,snapshotimagingspec

7、troscopy,hasenormouspotentialinthefieldofreal-timedetectioniandhasbecomeahotresearchtopic.However,mostly,theinnovationorimprovementofstructurehasbeenoveremphasizedandthestudyonspectrumrestorationneglectedinthefieldofsnapshotimagingspectrocopy.Inaddition,theclassicspectralimagesoftw

8、aremainlyprocessesoff-line