题目：三维成像光谱探测技术研究

本文提出了一种全新的三维成像光谱探测技术，该技术将AOTF成像光谱仪和声光栅结构光投射装置有机结合，能够同时获取目标物体的形貌信息和光谱信息，实现了在统一坐标系下的三维、光谱数据信息像元尺度的对应，有效的解决了分立光谱仪器和三维测量仪器难以实现信息统一融合的问题。论文分别对声光栅结构光投射装置、AOTF成像光谱仪和三维成像光谱探测系统进行了深入的讨论。论文详细介绍了一种声光栅结构光投射装置，并提出了“声光栅投影”和“相位凝固”两个新理论，应用该理论成功的解释了该投射装置的工作原理。这种投射装置采用声光偏转器作为声光栅的载体，能够投射高的精度的正弦结构光，并且该正弦结构光的间距和相位能够以极高的速度调节；同时研制开发了该投射装置的射频电路驱动系统，实现了射频驱动信号对投射装置的高速灵活控制。文中还对结构光的正弦性进行了详细讨论，并通过自动增益射频功率控制对结构光的正弦性进行了改善。应用该结构光投射装置对实物进行三维测量，获得了用于三维成像的高精确相位展开图像。论文围绕成像性和光谱性这两个AOTF重要特性，对AOTF的晶体光学结构进行设计计算。对TeO2声光可调谐滤波器的出射面角度进行优化，光谱偏移像差在600nm~1300nm范围内小于0.06mrad。根据AOTF的工作特点，研制了AOTF射频驱动器。该驱动器采用FPGA+DDS+AGC结构，实现了宽带射频驱动信号高速准确的频率和功率调谐。该驱动器的射频频率范围达到10MHz~400MHz，频率切换时间8ns，功率调谐时间小于6µs，该驱动器使AOTF成像光谱仪的光谱图像采集精度和速度得到了很大的提高。应用Hg-Ar光谱标定灯作为标定光源，搭建了AOTF参数标定系统，得到了高精度的AOTF的光谱分辨率曲线、入射角度-频率对应曲线以及光谱-频率对应曲线。为光谱图像测量提供了精确的标定结果。三维成像光谱仪的逻辑控制系统是在驱动器的FPGA平台上完成的。应用硬件描述语言实现了结构光图像和光谱图像采集的逻辑控制。并应用该探测系统对一块岩石测量，获得了该岩石的光谱图像和结构光图像。