基于压缩感知及深度学习理论的光谱观测编码方案存在滤光器件设计与光谱重建过程复杂、设计光谱透过率难以硬件实现等问题,因此从简化光谱观测系统的思路出发,考虑常见干涉滤光器件的制造难度,提出基于对称三对角Toeplitz矩阵的光谱透过率观测编码方案;采用矩阵理论讨论光谱观测矩阵的适定性,并采用数值仿真方法研究其容差能力。理论分析结果表明,随着光谱观测矩阵规模的增大,对称三对角矩阵的条件数增长较慢,上限可控。数值仿真结果表明,采用非负最小二乘算法进行光谱重建,并在保证特定约束的情况下,增加观测矩阵的规模对对称三对角矩阵光谱观测编码方案适定性的影响较小,仍然可以保证很高的光谱测量重建准确度。

基于宽带滤波调制的计算光谱成像技术是航空航天光谱成像遥感领域中一种极具应用潜力的新型计算光谱成像技术。目前该技术主要应用于光谱测量仪器的小型化领域,缺少针对光谱成像遥感领域的相关研究。因此,针对该技术应用于光谱成像遥感领域的可行性开展实验研究。首先简要介绍宽带滤波调制光谱成像技术的基本原理;然后针对空间光学遥感工程的实际需求,采用彩色玻璃滤光片结合工业相机搭建宽带滤波调制光谱成像的原理样机系统,并对其进行光谱成像实验验证;最后分析评价所获取的光谱图像,研究影响该技术的测量精度及其主要影响因素。实验结果表明,该技术的重建光谱准确度约为23%,获取的光谱图像边缘也较为清晰,噪声约为23 dB。

离子迁移谱（IMS）是一种常压下快速、 高灵敏度的痕量化学物质检测方法, 广泛应用于化学战剂、 爆炸物和毒品等检测领域。 在离子迁移谱定性和定量分析中, 采集到的原始谱图除了包含样品自身信息外, 还包含了电噪声、 背景干扰等噪声, 特别是当分析物浓度低时, 噪声会严重影响定性和定量分析的准确性。 为提高离子迁移谱技术化学物质识别准确率, 需要对离子迁移谱谱图信号进行重构。 本文提出一种可同时实现离子迁移谱谱图重构和特征峰提取的新方法。 通过建立优化目标函数, 采用l1范数作为线性惩罚项, λ为正则化参数用来调节惩罚项在优化过程中的比例。 为了求解优化目标函数, 首先构造一个由Gaussian分布函数构成的超完备字典来表示离子迁移谱离子特征峰峰形, 采用替代函数方法对优化目标函数进行迭代求解, 当达到重构谱图与原始谱图均方根误差小于设定的阈值时停止迭代。 为了验证提出的方法性能, 分别采用仿真数据和甲基磷酸二甲酯（DMMP）样本数据进行验证, 其中仿真数据由高斯分布函数字典原子及高斯白噪声组成。 与此同时, 我们对仿真数据和真实样本数据分别采用小波软阈值、 小波硬阈值及S-G平滑滤波算法进行去噪重构。 采用均方根误差（RMSE）和信噪比（SNR）作为评价指标, 实验结果表明该方法成功实现离子迁移谱谱图重构和特征峰提取, 预处理结果比其他三种方法有显著的性能提升, 为开展离子迁移谱定性和定量分析研究提供了基础。

为了实现傅立叶变换光谱仪的微型化与轻量化，设计了轻型栅条分束器结构，代替传统的平行平板分束器，分析了轻型栅条分束器的栅棱对光谱复原的影响，提出了制作误差容限。对微型傅立叶变换光谱仪进行了建模仿真，得到了轻型栅条分束器的最佳结构。通过系统仿真进行光谱反演，得到了复原光谱，并计算了轻型栅条分束器引入的光谱误差。完成了原理样机的搭建与调试，得到了实际系统的复原光谱，证明了微型化系统的可行性。该微型化系统相对于传统傅立叶变换光谱仪，具有体积小，稳定性好的优点，可用于在线监测。

介绍了一种基于多级阶梯微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪的原理及数据处理方法。 仪器利用一块多级阶梯微反射镜取代传统迈克尔逊干涉仪中的动镜以实现静态干涉, 通过摆镜扫描使目标物体成像在不同的子阶梯反射面上从而获得目标物体不同光程差的干涉信息。 某一时刻, 目标物体经摆镜与前置成像系统后在平面镜与多级阶梯微反射镜上形成两个一次像点, 两个一次像点被平面镜和多级阶梯微反射镜反射之后经后置成像系统最终成像在探测器焦平面上。 平面镜与多级阶梯微反射镜之间的高度差会使到达探测器的两束光的光程差不同, 因此探测器焦平面上可以获得目标物体的二维空间信息及一维干涉信息。 根据多级阶梯微反射镜参数及光学系统设计参数计算得到摆镜步进角度为0.095°。 利用实验获得的三维数据立方体进行了图像拼接与光谱复原。 针对子阶梯反射镜存在宽度差异的问题, 提出了一种基于极坐标霍夫变换的图像分割方法。 为缓解拼接全景图中的间断线效应, 将图像变换到HSI颜色空间并插值拟合其亮度分量后再变换回原空间。 对拼接后的干涉图像进行了降维、 去直流、 寻址、 切趾、 相位校正、 傅里叶变换及光谱分辨率增强等处理, 完成了光谱复原工作。 复原光谱分辨率为194 cm-1, 优于设计指标(250 cm-1)。

提出了一种对内爆靶丸X射线轫致谱重建的方法。该方法的目的是通过重建内爆靶丸的轫致辐射谱, 得到内爆靶丸有价值的信息。这种方法将轫致谱能段分为五个部分, 假设每个部分的平均能量强度相等, 用一种包含了五个不同滤片组的多能段针孔相机对同一个内爆靶丸进行成像, 并且用IP板进行接收。五组不同的像可以给出五个不同的线形方程组, 这样就可以还原出轫致辐射谱。使用该方法还原了在神光Ⅲ原型装置上内爆靶丸的轫致辐射谱, 并据此给出了内爆热斑的温度, 所得的结果与用示踪元素特征谱线给出的温度符合得较好, 证实该方法和结果是可靠的。

针对常用的迭代追踪类算法难以保证低采样下光谱重构的成功率与精度的问题，提出了一种在低采样下光谱重构中字典原子选取的优化方法。利用AVIRIS和ROSIS高光谱数据构建光谱稀疏字典并进行压缩感知光谱重构实验，分别从光谱重构精度、稀疏成分提取能力、光谱重构的成功率和光谱识别的准确率等不同角度进行了分析。实验结果表明,本文方法不仅优于传统的匹配追踪算法，同时也优于公认的精度较高的FOCUSS、MSBL等其他类型的算法。

在给定的照明和观察条件下，由普通商业数码相机的信号值重建物体表面的光谱反射率是当前颜色科学工程领域的重要研究课题。选用佳能EOS 400D数码相机分别配合蓝色、绿色滤光片来采集物体表面的RGB信号，分别采用R矩阵法和主成分分析法（PCA）进行色卡和国画中指定色块的光谱反射率重建研究。实验结果表明，R矩阵法的色度精度和光谱精度均优于PCA。利用R矩阵法重建国画中参考色块光谱反射率，结果表明该算法能满足高精度艺术品再现的需要，具有较高的应用价值和现实意义，在颜色复制、颜色质量评估和数字典藏等领域拥有广阔的应用前景。

针对多通道循序扫描地形观测模式中单个通道的回波数据在方位向存在模糊,采用传统空域波束形成技术及方位预滤波方法均无法恢复信号频谱的问题,在分析产生模糊原因的基础上,提出了一种基于谱压缩的空域波束形成方法.该方法首先对信号进行反旋处理,压缩信号的频谱宽度;然后对多通道数据进行空域波束形成,获得无模糊的频谱;最后对信号反旋处理引入的相位项进行补偿,得到原始信号的二维频谱.点目标及场景仿真实验数据处理结果均验证了该算法的有效性.