提出一种基于低秩约束惩罚最小二乘（LRPLS）的基线校正方法。利用惩罚最小二乘模型综合考虑拟合基线对干涉图的保真度和平滑度的影响，同时引入有效干涉图和噪声的低秩-稀疏先验约束条件，从而构建联合低秩矩阵恢复和惩罚最小二乘的正则化框架，并采用基于增广拉格朗日乘子的迭代优化算法进行求解。在“嫦娥一号”卫星干涉成像光谱仪（IIM）数据上的实验表明，所提方法在去除基线的同时，能够保留干涉图的有效信息。相比于现有的基线校正方法，所提方法具有更好的稳定性和抗噪能力；校正后复原高光谱影像得到显著提升，对于改善干涉成像光谱仪数据质量具有较高的实际应用价值。

基于血流介导组织还原型辅酶Ⅰ(NADH)荧光光谱检测技术的微循环功能评估对心血管病的早期预警具有重要价值,然而血流介导过程中氧饱和度的变化会干扰荧光信号的测量。本课题组搭建了集成有组织漫反射率测量模块的血流介导组织荧光光谱测量系统,并引入生理参数提取和荧光光谱复原算法,以排除干扰。不同光学参数的组织仿体试验结果表明,复原算法可以有效降低吸收、散射的影响,复原后的NADH的荧光强度与其浓度呈线性相关(拟合优度R²=0.99);血液血氧仿体试验结果显示,组织氧饱和度的变化会干扰荧光的检测,经过校正的NADH的固有荧光光谱与氧饱和度的变化无关。4位受试者的在体试验结果显示,经过光谱复原后,荧光闭塞响应值和恢复响应值的平均值分别下降了22.8%和22.1%,这可以解释为氧饱和度的变化对实测NADH荧光的干扰。本研究结果预期能够有效提升血流介导组织荧光光谱测量系统的检测准确性。

通过设计不同光学参数的组织仿体,研究吸收、散射对组织荧光光谱及组织漫反射光谱的影响规律,优化经验复原算法,以校正吸收、散射的影响,获得组织的固有荧光光谱。结果显示:使用优化的经验复原算法(经验参数k_x和k_m分别为0.9和-0.8)能够有效降低吸收、散射对荧光强度的影响,且荧光强度与荧光成分的浓度线性相关。在基于皮肤组织荧光光谱法筛查糖尿病的应用研究中应用上述光谱复原算法,结果显示:与原始荧光光谱相比,采用复原后的固有荧光光谱进行糖尿病筛查时,受试者工作特征(ROC)曲线覆盖面积由0.54增加至0.81,在特异性同为70.6%时,敏感性由38.6%增至77.6%。采用组织仿体优化生物组织固有荧光光谱经验复原算法能有效提高荧光光谱的临床应用价值。

对目标的实时探测与识别是当前干涉式红外成像光谱仪领域研究的热点问题, 而光谱仪实时光谱复原是有效解决该问题的前提。利用可见光相机模拟干涉仪而得到干涉图信号, 利用高速大容量FPGA芯片设计了一种干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原系统。系统主要由干涉图数据预处理、实时光谱复原以及光谱显示等模块组成, 以流水线方式运行, 能够实时输出目标的光谱信息, 具有运算速度快、体积小、便于算法升级等优点, 为光谱仪对目标的实时探测与识别研究奠定了良好的技术基础。

静态迈克耳孙干涉仪是一种实体式像面干涉仪, 可以解决干涉光谱成像仪大视场的技术难点。在采样过程中, 静态迈克耳孙干涉仪会引入光程差的非线性干涉误差, 导致无法准确复原光谱, 因此需要对非线性干涉误差进行修正。分析了非线性干涉误差的理论模型, 提出了基于数值拟合的非线性干涉光谱数据重构算法, 并进行了仿真验证。仿真结果表明, 采用数值拟合的重构算法可成功复原目标光谱, 消除非线性干涉误差; 与采用线性拟合的重构算法相比, 使用柯西色散公式拟合的重构算法的光谱复原精度更高, 且吸收峰处的反演光谱与入射光谱的相对误差小于0.7%。

为减少吸收和散射对生物组织荧光光谱的干扰，使用蒙特卡罗（MC）方法模拟不同光学参数下的生物组织荧光和漫反射光，提出基于组织漫反射光谱的荧光复原方法。将复原算法中的经验参数编码为解空间中的一个粒子，以组织荧光临床应用效果作为适应值，构建粒子群优化（PSO）算法实现经验参数优化。利用已建立的用于糖尿病无创筛查的组织光谱测量系统，收集327例受试者的皮肤组织荧光光谱和漫反射光谱，使用基于PSO的组织荧光复原算法进行光谱复原。以复原前、后的组织荧光光谱强度作为输入变量进行受试者工作特性（ROC）曲线分析，观察其在糖尿病筛查中的应用价值。结果显示，采用复原前的组织荧光光谱作为输入变量用于糖尿病筛查时，ROC曲线覆盖面积为0.54，最佳诊断点对应的敏感性为32%、特异性为76%；以复原后的组织荧光光谱作为输入变量时，ROC曲线覆盖面积为0.86，最佳诊断点对应的敏感性和特异性分别为72%、86%。上述结果表明，使用基于PSO的组织固有荧光光谱复原算法能有效提高组织荧光光谱的临床应用价值。

干涉型高光谱成像技术可以探测目标的空间信息以及光谱特性，在生物医学、材料分析、食品安全和文物考古等领域发挥着重要作用。基于对称楔形干涉腔的高光谱成像方法为光谱探测提供了一种新的技术途径，通过分析系统的干涉原理和工作方式，研究其光谱复原方法。提出干涉图像的校正补偿算法，较好地消除了像面暗斑对光谱复原的影响。针对系统整体推扫的工作方式，研究了基于局部相位相关的快速亚像素图像配准算法，能准确提取目标点干涉数据。对系统光谱传递矩阵进行讨论，提出基于矩阵反演的光谱复原方法。研制原理样机，对场景目标进行光谱成像实验，得到了初步的复原结果。

针对傅里叶变换红外成像光谱仪实时数据处理技术的要求，研究了一种基于FPGA的集干涉图非均匀性校正、光谱复原、光谱辐射定标于一体的傅里叶变换红外成像光谱仪实时光谱复原芯片系统。该系统对输入信号做了标准化设计，以流水线方式输出目标的复原光谱信息，可嵌入到各种类型的红外/可见光傅里叶变换成像光谱仪的实时数据处理系统中，具有体积小、运算速度快、稳定可靠及易于升级等优点，为基于光谱特征的目标实时识别奠定了良好的技术基础。

在傅里叶变换光谱仪(FTS)中,精确获取每个干涉信号采样点处的光程差是获取光谱图的关键。动镜速度的波动会对等时间采样造成采样误差,而当目标光源波长较短时无法直接利用传统方法进行等光程差采样。分析了速度波动误差对光谱的影响,并提出了一种基于拟合算法计算干涉信号每个采样点处光程差的方法,在动镜速度波动较大的情况下对可见光波段的干涉信号进行采样反演。实验结果表明,此方法准确度高,适用于各种傅里叶变换光谱仪。

干涉型成像光谱仪干涉数据会因探测器探元响应不一致产生畸变,而干涉图的极小偏差会导致复原光谱图有明显变化,所以对干涉图进行相对定标,消除探元响应不一致显得尤为重要.提出了一种基于辐射定标场的干涉型成像光谱仪在轨相对定标新方法,在没有实验室相对定标系数的前提下,只需要获取地面上垂轨方向覆盖数行CCD探元的均匀地物光谱,每一行地物光谱对应一帧干涉图,就可以通过这一均匀地物的光谱仿真出干涉图,与实际所测干涉图进行相位匹配后计算出相对定标系数.验证结果表明使用该方法对干涉图进行相对校正可以取得良好的效果,校正后的干涉图走势平稳,在远离零光程差处沿干涉方向呈现明显的干涉条纹,消除了复原光谱图中的条带.