基于GPU的傅里葉變換光譜復原方法研究.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理論的能夠同時獲取目標物體圖像信息和光譜信息的探測儀器。從成像光譜儀所采集的干涉圖像中反演出目標光譜信息的過程稱為光譜復原，常規(guī)的光譜復原方法一方面難以應對光譜系統(tǒng)中的非線性問題，針對非等間隔采樣的干涉信號，復原出的光譜會存在一定程度的失真，另一方面，光譜復原效率較低，難以滿足實際應用場景中對光譜反演速率越來越高的要求。為了實現(xiàn)光譜的精細復原，滿足當下科研和工業(yè)應用中的快速光譜復原的需求，本

2、文研究了基于通用圖形處理器GPU(Graphics Processing Unit)計算的傅里葉變換光譜復原方法。
　　首先，研究了傅里葉變換光譜儀的基礎理論。先論述了傅里葉變換光譜學的基本理論，討論了從干涉信息復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)結構和工作原理，接下來建立了數(shù)學模型，論證了該系統(tǒng)中光程差隨采樣間隔作非線性變化的問題。然后，研究了非均勻傅里葉變換光譜復

3、原的一般方法。先論述了光譜復原的整體流程——去趨勢項、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項方法，研究了干涉信號的切趾理論以及切趾過程中切趾函數(shù)對光譜復原結果的影響，分析了干涉信號的相位校正理論，討論了相位校正的一般方法及加速相位校正計算過程的方法，接下來研究了非均勻快速傅里葉變換的基礎理論，驗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、傅里葉變換光譜復原方法的GPU實現(xiàn)。先論述了GPU計算的基礎理論、加速過程和優(yōu)化方向，接著研究了基于通用GPU計算的切趾和非均勻傅里葉變換的實現(xiàn)方法，驗證了基于通用GPU計算實現(xiàn)的切趾和非均勻傅里葉變換算法性能遠遠優(yōu)于其他方式實現(xiàn)的算法性能，接下來提出了傅里葉變換光譜復原算法中的Overlap結構，驗證了使用了Overlap結構的算法相較于無Overlap結構的算法具有更加優(yōu)異的運算效率表現(xiàn)。最后，搭建了基于Wollaston棱鏡和角錐