曲面棱镜Offner高光谱成像系统的设计研究的开题报告.docx

曲面棱镜Offner高光谱成像系统的设计研究的开题报告
一.选题的意义
目前，高光谱成像是一种热门的、非接触的、无损的三维光学成像技术。在很多领域中已经有着广泛的应用，例如：农业、地质、生物医学等领域。因此，离线运算和在线实时应用的需求成为高光谱成像技术发展的核心目标。弥补离线运算和在线实时应用的缺陷，是高光谱成像技术的发展必须解决的主要问题。曲面棱镜Offner高光谱成像系统通过优化光学结构及光路设计，可达到高光谱成像的离线运算和在线实时应用的两个要求，因此有着重要的研究价值。
二.研究内容和方法
曲面棱镜Offner高光谱成像系统既具有成像质量高的优点，还具有带宽宽、光谱解析度较高、便携、通用性、快速获取数据等优点。因此，本研究将围绕曲面棱镜Offner高光谱成像系统进行研究，并包含以下内容：
1.对光学设计中的曲面棱镜Offner系统进行研究，利用MATLAB模拟仿真分析其光学性能，通过优化光学结构来提高成像质量。
2.通过VivadoHLS以及FPGA设计，基于OpenCL，对实时处理算法进行优化，达到快速的离线运算和在线应用。
3.通过建立重采样和去噪处理算法，实现高光谱数据的在线实时处理并展示结果。
三.预期成果
根据本文研究的三个方面，将依次获取以下成果：
1.完成对曲面棱镜Offner高光谱成像系统的模拟、仿真设计，分析其性能，将光学设计优化到一个较好的水平，达到高光谱成像质量的要求。
2.设计一个FPGA架构的高先进算法Vivado，使它能够在实时应用时快速对场景进行高光谱成像处理，并且在在线离线质量的实时性的基础上，实现完美兼容性与容错性。
3.模拟建立重采样和去噪处理的算法，并在不同光强和噪点密度到环境下完成在线实时高光谱数据处理，高极大力度的压缩高光谱数据，实现比现有成像系统更优异的成像质量和数据量。
四.可能存在的困难和解决方案
1.光路设计优化难度较大
-解决方案：通过模拟仿真分析方法找到最优设计方案。
2.实时处理算法优化难度较大
-解决方案：使用FPGA进行设计，并利用OpenCL进行加速处理。
3.在线实时高光谱数据处理难度较大
-解决方案：建立重采样和去噪处理算法，使其在不同的光强条件和噪声密度下表现较好。
五.经费来源和时间安排
为了完成研究，我们需要购买光学设计软件、模拟仿真分析软件、FPGA设计软件、OpenCL加速处理软件以及实验设备。经费来源包括国家自然科学基金项目专项支持和实验室经费。在时间安排方面，我们预计三年时间完成整个研究过程，其中第一年主要进行系统光学设计及算法仿真，第二年主要进行FPGA硬件化设计以及算法优化，第三年主要进行高光谱数据重采样和去噪处理算法的建立，并且进行系统整体性测试。