为提高液晶可调谐滤波器(Liquid Crystal Tunable Filter, LCTF)的光谱采集效率, 提出了一种适用于 LCTF光谱成像系统的快速采集方法, 设计构建了更加完善的观测矩阵, 在压缩感知理论框架内实现了光谱超分辨率重建, 并通过实验验证了该方法的可行性。实验结果表明, 在采样率为 18.08%(采样步长 30 nm)时, 重建得到的 4.81 nm分辨率光谱与传统全采样光谱的相关系数为 0.91, 超分辨率重建峰值信噪比(Peak Signal-to-Noise Ratio, PSNR)为 99.63 dB, 采集速度是传统方式的 5.53倍。该方法在保证光谱分辨率和光谱识别准确率的前提下, 实现了光谱数据的快速和轻量化采集, 为动态目标测量和快速检测提供了可行的技术途径, 拓展了 LCTF光谱成像技术的应用场景。

针对液晶可调滤波片高光谱成像系统记录动态场景的成像特点, 提出一种图-谱结合的压缩感知高光谱视频图像复原方法。首先, 通过前景目标检测获得运动前景目标的高光谱图像, 实现运动前景目标与背景区域分离, 并根据前景目标检测结果将背景区域划分为运动区域(被前景目标遮挡区域)与静止区域(未被前景目标遮挡区域)。然后, 基于高光谱图像空间维、光谱维相关性, 对静止区域进行字典学习获得稀疏先验信息, 结合压缩感知理论用于运动区域恢复, 得到完整的背景区域高光谱图像。最后, 将运动前景目标高光谱图像与背景区域高光谱图像相结合, 得到高光谱视频图像。实验结果表明: 本文提出的高光谱视频图像复原方法在峰值信噪比和视觉效果上都要优于现有算法, 峰值信噪比平均提高5 dB以上。

易燃易爆液体的实时、远程和动态探测对于保障公共安全具有重要意义，在公安、民航和海关等领域应用前景广阔。研制了基于液晶可调滤光片的近红外光谱成像系统，通过波长优选算法大幅降低了光谱通道数，有效提高了扫描成像速度和数据处理速度，可实现对低速运动的液体危险品的远程和实时检测。利用该系统开展了不同环境下对易燃易爆液体的检测实验，结果表明该系统对静态目标检测精度为100%，对速度小于0.2 m/s的运动目标检测精度高于95%。

基于液晶调谐滤光片(LCTF)的光谱相机由于体积小、 功耗低、 集成方便, 适合多种搭载平台, 同时通过光谱反射率来识别目标物, 可以有效解决同色异谱的问题, 在伪装识别、 精细农产品产值估计等方面有很好的应用前景。 比较测量法因其能有效排除光照条件和场景背景条件的影响, 重建效率较高, 在光谱相机的光谱反射率重建中被普遍采用。 比较测量法通常采用标准白板作为参考物, 但实际应用中, 经常会遇到目标场景空间位置不便放置标准白板的情况。 针对这种情况, 研究采用LCTF光谱相机采集的目标场景中亮度高的颜色作为参考的比较测量法进行目标物的光谱反射率重建来解决上述问题。 实验以美国X-Rite的Gretg Macbeth Color Checker(MCC)色卡作为目标物, 分别参考亮度高的五个不同色块, 运用比较测量法完成红、 绿、 蓝三个色块的光谱反射率重建。 将重建后三个色块的光谱反射率与采用台式分光光度计(X-Rite Color Eye7000A)测量的标准光谱反射比进行比较。 结果显示, 重建后的红、 绿、 蓝三个色块的光谱反射率曲线与用分光光度计测量的标准光谱反射率曲线的形状基本相似, 每组曲线的均方根误差均小于0.05; 重建的蓝色色块的光谱反射率以参考与其光谱反射比接近的蓝绿色重建的效果最好; 重建的红色和绿色色块的光谱反射率以除白色外亮度最高的黄色为参考重建的效果最好; 二者均比参考标准白板的反射率重建效果好。 实验结果说明采用目标场景中亮度高目视效果明显的色块作为参考对象可被用来进行LCTF光谱相机的光谱反射率重建。 该方法有效扩大了比较测量法以及液晶调谐光谱成像系统的应用效率。

基于新型的多维成像技术,研制了一种基于液晶可调滤光器(Liquid Crystal Tunal Filter, LCTF)的多光谱图像色彩复制装置,实现了对图像色彩信号的复制,将多光谱成像技术应用于色彩复制领域。描述了系统的工作原理、装置的详细设计与实现过程等,通过该装置对计量院校准过的标准色卡复制成像,获取了31个通道多光谱图像,色差ΔELab =2.7,合成后的彩色图像质量良好,色差小、复制精度高，可用于多个领域图像色彩的精确复制和可视化逼真再现。

为提高伪装目标识别的准确性, 提出将光谱信息与偏振信息相融合的伪装目标识别方法。基于液晶可调谐滤光片(LCTF)搭建了偏振光谱成像系统, 通过实验对绿色植物中隐藏的假植株进行偏振光谱探测实验。利用主成分分析法(PCA)对各偏振方向的目标光谱图像进行波段选择, 获取对应的光谱融合图像后进行偏振度计算, 最终得到被测目标的偏振光谱融合图像。实验结果表明: 得到的偏振光谱融合图像与光谱融合图像相比, 信息熵提高了72%, 平均梯度提高了250%。

基于LCTF的多光谱成像系统与传统机械滤光片式的成像光谱仪有所不同,它利用液晶电控双折射效应实现分光,从而得到二维图像信息和一维光谱信息。针对基于LCTF的多光谱成像系统自身的结构和性能特点,采用了基于积分球+光谱辐射计的定标方法,从暗电流、稳定性、响应均匀性和响应线性度等方面阐述了定标内容,通过两点校正的图像校正算法提高了图像质量,并对辐射定标的不确定度进行了分析,通过实验验证了定标精度。结果表明:采用的定标方法和数据处理算法获取的定标系数准确有效,定标后的系统精度较好。

基于液晶可调滤波器(LCTF)和CMOS组合的多光谱成像系统,在435~720 nm波段范围内,以每隔5 nm波段对小白菜叶片进行灰度值信息的提取,然后求出各个波段的灰度值平均值、标准差以及相关系数,并采用自适应波段选择法(ABS)提取出小白菜叶片的波段指数,最后通过波段指数的排序选取出小白菜叶片的有效特征波段。实验结果表明,用ABS的特征波段提取的算法,能够快速有效地获取小白菜叶片的光谱信息,在445 nm、450 nm、455 nm、680 nm、685 nm、690 nm、695 nm和710 nm波段具有较理想的波段指数值,有较大的光谱信息量。因此,这些波段可以很好地作为识别小白菜叶片的有效特征信息波段。

设计了一种基于液晶可调谐滤光片(Liquid Crystal Tunable Filter, LCTF)的新型多光谱成像光学系统。该光学系统工作谱段为400~720 nm,光谱分辨率为10 nm,可对216 mm×216 mm幅面大小的物面成像清晰。根据多光谱成像系统的总体方案,对光学系统分析,确定各光学参数,设计结果表明,成像系统在空间频率91 lp/mm处,各个波段处的轴上和轴外调制传递函数均大于0.3,全视场畸变低于0.1%,成像质量良好,可以满足多光谱成像的总体要求。