A Changchun Institute of Optics elemzi a szűrőspektroszkópiás típusú hiperspektrális kamerák fejlesztési állapotát és trendjeit
Jul 05, 2023
A hiperspektrális kamerák kombinálhatják a képalkotási technológiát a spektrális detektálási technológiával, és a céltárgy térbeli jellemzőinek leképezésekor több keskeny sávot képezhetnek minden egyes térbeli képelemhez a folyamatos spektrális lefedettség elérése érdekében, és a különböző spektrális információk teljes mértékben tükrözhetik a fizikai különbségeket. szerkezet és kémiai összetétel egy jellemzőn belül. A hagyományos kétdimenziós térbeli képalkotáshoz képest a hiperspektrális kamerák térbeli és spektrális információkat szerezhetnek a célpontról. Egy adott térbeli felbontás mellett a földi jellemzők egyedi folytonos spektrális jellemzőit tudják elérni a spektrális sávok széles skálájában, ami jelentős előnyökkel jár a talajjellemzők pontos azonosítása és detektálása szempontjából. Jelentős alkalmazási értéke van a mezőgazdaságban, erdőgazdálkodásban, víz-, talaj-, bányászat- és egyéb erőforrás-felmérésben és környezeti monitoringban.
A szűrőbevonat-technológia rohamos fejlődésével a szűrőspektroszkópiai hiperspektrális kamerák fejlesztését széles körben támogatták. A szűrőspektroszkópiai elven működő hiperspektrális kamerák a hiperspektrális távérzékelési terhelések elengedhetetlen részévé váltak a nagy sávszélesség, a nagy térbeli felbontás, a nagy spektrális felbontás, valamint a könnyű és kis méret előnyeivel. Széles körben használják a mikro-nano-műholdas hiperspektrális konstellációk hálózatában.
A McMasters Consulting, Liu Chunyu kutatócsoportja, a Kínai Tudományos Akadémia Csangcsuni Optikai és Precíziós Mechanikai és Fizikai Intézetében a közelmúltban publikált egy cikket az Infrared and Laser Engineering folyóiratban "A szűrőspektroszkópiai hiperspektrális kamera állapota és trendjei" témában. fejlesztés." Liu Chunyu főként az optikai rendszerek tervezésével és az optoelektronikai rendszerek általános tervezésével foglalkozik.
A hiperspektrális képalkotási elv sematikus diagramja
Ez a kutatás elsősorban a szűrőspektroszkópiai hiperspektrális kamerákat tekinti át, bemutatja a tipikus szűrőspektroszkópiai fedélzeti hiperspektrális képalkotási hasznosságokat itthon és külföldön, valamint a terepen fejlesztés alatt álló szűrőspektroszkópiai hiperspektrális képalkotó rendszereket, elemzi a műszaki megoldásokat, teljesítménymutatókat és alkalmazásokat. Ezeknek a rendszereknek a kilátásait, és elmagyarázza a szűrőspektroszkópiai elven alapuló hiperspektrális kamerák műszaki jellemzőit, előnyeit és hátrányait. Ismerteti a szűrőspektroszkópiai elven működő hiperspektrális kamerák műszaki vonatkozásait, előnyeit és hátrányait, végül pedig előrevetíti a szűrőspektroszkópiai kamerák fejlődési irányát.
A szűrőkerekes hiperspektrális kamera a szűrőkereket spektrális elemként használja, hogy a szűrőkerék elforgatásával különböző hullámhosszúságú sávok spektrális képét kapja, így teljessé válik a komplex és monokromatikus fény spektrális szétválasztása. A szűrőkerék hiperspektrális kamera kritikus komponense a szűrőkerék, amely a különböző megfigyelési sávoknak megfelelően helyettesítheti a megfelelő spektrális tartományt. A spektrális képalkotási technológia fejlődésével a detektálási sávok száma növekszik, és a szűrőkerék már nem tud megfelelni a nagy felbontású megfigyelés széles skálájának, ezért egyre inkább használják a multispektrális detektálásban.
A hangolható szűrős hiperspektrális kamerák spektrális komponensként hangolható szűrőket használnak, és főként folyadékkristályos hangolható szűrő (LCTF) hiperspektrális kamerákra, akusztikus-optikai hangolható szűrő (AOTF) hiperspektrális kamerákra és MEMS hangolható FP üregkamerákra oszthatók. MEMS Tunable Fabry-Perot Cavity Filters (AOTF) hiperspektrális kamerák.
Az ék alakú szűrős hiperspektrális kamera, más néven hangolható szűrős hiperspektrális kamera, folyamatos mintavételezést tesz lehetővé spektrális és térbeli régiókban. A koncepció az, hogy egy ék alakú többrétegű vékonyfilmes közeget használnak szűrőként, és egy kétdimenziós tömbdetektor közelébe szerelik fel úgy, hogy az érzékelő több képeleme megfeleljen a hangolható szűrő egy adott spektrális sávjának. A gradiens szűrő sávjai és a detektor képelemei közötti megfeleléstől függően a gradiensszűrős hiperspektrális kamerák lineáris gradiens és szűrőtömb típusokra oszthatók.
Progresszív lineáris szűrő felépítése és spektroszkópiája
A kvantumpontok, más néven "nanokristályok" olyan szervetlen anyagok, amelyek nagyon stabilak, és sugara kisebb, mint egy nagy exciton hullám sugara. A különböző típusú kvantumpontok integrálása lehetővé teszi a különböző hullámhosszok egyidejű detektálását, ami a kvantumpontspektrométer (CQD) fejlesztésének alapelve. A nagy pontosságú optikai és mechanikai alkatrészeket tartalmazó spektrométerek hagyományos koncepciója terjedelmes, drága, összetett, és alkalmazásában erősen korlátozott.
NIR kvantumpont spektrométer elvi diagramja
Általánosságban elmondható, hogy a szűrőspektroszkópiás típusú hiperspektrális kamera a kezdeti szakaszban van, és spektrális felbontásának még összehasonlíthatónak kell lennie a nagy pontosságú rácsos diszperziós spektroszkópiai módszerrel. Ráadásul a szűrő és detektor kombinációja tovább javítja a rendszer spektrális felbontását, ami akár a nagy pontosságú rácsos diszperzív spektroszkópiához is hasonlítható. Ezért a szűrő- és detektorlapkák kombinálása a bevonatos hiperspektrális kamerák jelentős fejlesztési iránya is. Könnyen belátható, hogy a szűrőre épülő hiperspektrális kamerák kifejlesztése a hiperspektrális képalkotás területén bomlasztó növekedést fog eredményezni, ami viszont a mikro-nano-műholdak hiperspektrális távérzékelési technológiájának fejlődését idézi elő, és megteremti a technikai lehetőségeket. alapja a mikro-nano-hiperspektrális műhold-konstellációk jövőbeni operatív működésének pályán a nemzetgazdaság jobb kiszolgálása érdekében.
Ezt a projektet a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány (41504143), a Kínai Tudományos Akadémia Kutatási Eszközfejlesztési Projektje (YJKYYQ20190044), az Anhui tartomány Természettudományi Alapítványa (1908085 ME135) és a Fiatalok Innovációs Ösztönző Tanácsa támogatta. a Kínai Tudományos Akadémia (2016-203).