基于GPU的傅里葉變換光譜復(fù)原方法研究.pdf

1、傅里葉變換成像光譜儀是一種基于傅里葉變換光譜學(xué)理論的能夠同時(shí)獲取目標(biāo)物體圖像信息和光譜信息的探測(cè)儀器。從成像光譜儀所采集的干涉圖像中反演出目標(biāo)光譜信息的過(guò)程稱為光譜復(fù)原，常規(guī)的光譜復(fù)原方法一方面難以應(yīng)對(duì)光譜系統(tǒng)中的非線性問(wèn)題，針對(duì)非等間隔采樣的干涉信號(hào)，復(fù)原出的光譜會(huì)存在一定程度的失真，另一方面，光譜復(fù)原效率較低，難以滿足實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中對(duì)光譜反演速率越來(lái)越高的要求。為了實(shí)現(xiàn)光譜的精細(xì)復(fù)原，滿足當(dāng)下科研和工業(yè)應(yīng)用中的快速光譜復(fù)原的需求，本

2、文研究了基于通用圖形處理器GPU(Graphics Processing Unit)計(jì)算的傅里葉變換光譜復(fù)原方法。
　　首先，研究了傅里葉變換光譜儀的基礎(chǔ)理論。先論述了傅里葉變換光譜學(xué)的基本理論，討論了從干涉信息復(fù)原出光譜信息的基本流程，接著分析了基于Wollaston棱鏡和角錐的雙折射偏振干涉成像光譜儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理，接下來(lái)建立了數(shù)學(xué)模型，論證了該系統(tǒng)中光程差隨采樣間隔作非線性變化的問(wèn)題。然后，研究了非均勻傅里葉變換光譜復(fù)

3、原的一般方法。先論述了光譜復(fù)原的整體流程——去趨勢(shì)項(xiàng)、切趾、相位校正和非均勻傅里葉變換，接著分析了最小二乘法和小波變換法兩種去趨勢(shì)項(xiàng)方法，研究了干涉信號(hào)的切趾理論以及切趾過(guò)程中切趾函數(shù)對(duì)光譜復(fù)原結(jié)果的影響，分析了干涉信號(hào)的相位校正理論，討論了相位校正的一般方法及加速相位校正計(jì)算過(guò)程的方法，接下來(lái)研究了非均勻快速傅里葉變換的基礎(chǔ)理論，驗(yàn)證了在非等間隔采樣下，非均勻快速傅里葉變換算法比快速傅里葉變換算法復(fù)原出的光譜更精確。其次，研究了非均勻

4、傅里葉變換光譜復(fù)原方法的GPU實(shí)現(xiàn)。先論述了GPU計(jì)算的基礎(chǔ)理論、加速過(guò)程和優(yōu)化方向，接著研究了基于通用GPU計(jì)算的切趾和非均勻傅里葉變換的實(shí)現(xiàn)方法，驗(yàn)證了基于通用GPU計(jì)算實(shí)現(xiàn)的切趾和非均勻傅里葉變換算法性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他方式實(shí)現(xiàn)的算法性能，接下來(lái)提出了傅里葉變換光譜復(fù)原算法中的Overlap結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證了使用了Overlap結(jié)構(gòu)的算法相較于無(wú)Overlap結(jié)構(gòu)的算法具有更加優(yōu)異的運(yùn)算效率表現(xiàn)。最后，搭建了基于Wollaston棱鏡和角錐