物候网多光谱相机的杂散光分析与抑制

论文摘要

近年来,随着气候的变化,人们对物候观测越来越重视。目前,美国、日本等发达国家已经建立了完整的物候观测网。我国虽然也有自己的物候观测网,但与发达国家年相比,设备比较落后,需要花费大量的人力、物力和财力,并且所得结果没有发达国家准确。本文基于物候网多光谱相机的光学系统,分析了光学系统杂散光的主要来源,并对杂散光进行了抑制。本文首先讲述了国内外物候观测网的建设情况,表明了我国物候网建设与发达国家存在的差距。接着从物候网和多光谱相机的关系出发,引出了物候网多光谱相机,并进一步说明了物候网多光谱相机杂散光分析的必要性,以及本研究的必要性。接着,介绍了国内外杂散光分析历史以及现状。说明了我国杂散光分析与发达国家的差异。紧接着本文介绍了杂散光的基本知识:杂散光的评价指标、分类以及产生的机理。并根据理论以及物候网多光谱相机结构的特点对该多光谱相机的杂散光的主要来源进行了分析。根据对物候网多光谱相机杂散光来源的分析结果以及常见的杂散光抑制方法,针对该光学系统提出了四种杂散光抑制措施,主要有:表面黑化处理、镀膜、加遮光罩、加挡光板。针对前两种措施,本文在大量的调查之后提出了加工要求。随后主要针对物候网多光谱相机进行了遮光罩的设计,主要包括遮光罩外形的确定、遮光罩长度的计算、挡光环位置以及高度的确定、挡光环形状的确定。根据实际情况,设计了两种具有不同的挡光片的遮光罩。为了验证理论分析出来的杂散光的路径以及设计出来的遮光罩的性能,接下来本文对物候网多光谱相机进行了实体建模,并导入TranceProTM中,对各个物体的属性进行定义,以及设置了光线追迹的阈值,设置光源等,随后进行光线追迹。分别追迹原始光学系统以及具有两种不同遮光罩的光学系统不同离轴角下的光线,并对追迹结果进行分析,同时用MATLABTTM对追迹所得到的数据进行处理,得到不同情况下的PST(点源透射比)曲线进行对比,对系统的杂散光量级进行了定位,同时,验证了遮光罩的性能。在接下来的一部分,本文首先介绍了目前主要的两种杂散光实验方法:面源法和点源法,并对两种实验方法进行了比较。基于点源法,用了一种简单的实验方法—室外直接测量法对光学系统的点源透射比进行了测试。在该实验中,本文先对太阳在不同时刻的方位角和高度角进行了计算,然后,以太阳为杂散光源,设置太阳光线与光轴不同的夹角,进行数据采集。在实验中,利用了百叶窗对云层等背景辐射光进行了过滤。接着,为了减少数据误差,对数据进行了归一化处理,并在MATLABTTM中得到了不同通道不同情况下的PST曲线,进行了分析。最后,将实验所得结果与仿真模拟的结果进行对比,得到仿真模拟结果明显比实验结果的杂散光量级小,对于这个结果我们进行了分析并找到了存在差异的原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究的背景、目的以及意义
•     1.1.1 物候观测的背景、目的以及意义
•     1.1.2 物候网和多光谱相机
•     1.1.3 物候网多光谱相机杂散光分析的必要性
•   1.3 杂散光研究的历史及现状
•     1.3.1 国外发展历史及现状
•     1.3.2 国内发展历史及现状
•   1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 杂散光的基本理论及物候网多光谱相机系统的杂散光分析
•   2.1 杂散光的评价方法
•     2.1.1 消光比
•     2.1.2 杂光系数
•     2.1.3 点源透射比
•   2.2 杂散光产生的机制
•     2.2.1 外部辐射
•     2.2.2 成像光线的非正常传递
•     2.2.3 内部辐射
•   2.3 物候网多光谱相机的杂散光分析
•     2.3.1 物候网多光谱相机的光学系统
•     2.3.2 物候网光学系统主要杂散光的来源
•   2.4 本章小结
• 第3章 物候网多光谱相机的杂散光抑制
•   3.1 杂散光抑制措施
•   3.2 物候网多光谱相机杂光抑制措施
•   3.3 遮光罩的设计
•     3.3.1 遮光罩设计的原则
•     3.3.2 遮光罩的计算
•   3.4 本章总结
• 第4章 物候网多光谱相机杂散光的仿真
•   4.1 杂散光的计算方法
•   4.2 TracePro的简介
•     4.2.1 杂光软件的对比
•     4.2.2 TracePro的简介
•   4.3 建模与准备
•   4.4 TracePro光线追迹结果分析
•   4.5 本章总结
• 第5章 杂散光的测量
•   5.1 杂散光的测量方法
•     5.1.1 面源法
•     5.1.2 点源法
•     5.1.3 两种测量方法的对比
•   5.2 物候网多光谱相机杂散光的测量
•     5.2.1 测量原理
•     5.2.2 测量前准备
•   5.3 物候网多光谱相机杂光测量结果分析
•     5.3.1 测量结果分析
•     5.3.2 杂光测量结果与仿真结果对比
•   5.4 本章总结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 雷娇

导师: 张正龙,马小龙

关键词: 杂散光分析,点源透射比,杂散光的抑制,光线追迹,杂散光测量

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术,计算机软件及计算机应用

单位: 陕西师范大学

分类号: TP391.44;TN929.5;O433

总页数: 68

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