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高光谱相机根据分光原理的不同可分为哪些类型?

发布时间:2023-04-11
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高光谱相机可将成像技术与光谱探测技术相结合,在对目标空间特征成像的同时,可以对每个空间像元形成多个窄波段实现连续的光谱覆盖,对地物的精准识别和探测具有显著优势,目前已成为对地遥感重要的前沿技术手段。不过,不同类型的高光谱相机,其分光原理是不同的。那么,高光谱相机根据分光原理的不同可分为哪些类型?其中滤光片型高光谱相机的原理是怎样的?本文为大家做了介绍。

高光谱相机可将成像技术与光谱探测技术相结合,在对目标空间特征成像的同时,可以对每个空间像元形成多个窄波段实现连续的光谱覆盖,对地物的精准识别和探测具有显著优势,目前已成为对地遥感重要的前沿技术手段。不过,不同类型的高光谱相机,其分光原理是不同的。那么,高光谱相机根据分光原理的不同可分为哪些类型?其中滤光片型高光谱相机的原理是怎样的?本文为大家做了介绍。

高光谱相机

高光谱相机根据分光原理的不同可分为哪些类型?

高光谱相机又称为高光谱成像光谱仪,是集光谱采集和目标成像于一体的探测设备,利用成像光谱技术能够在连续光谱波段上对同一目标进行光谱成像,完成对该目标空间、辐射和光谱三重信息的整合,极大地提升了目标观测的信息维度。目前,高光谱相机已广泛应用于资源普查、环境监测、军事防御等多个领域。

根据分光原理的不同,现有的高光谱相机主要分为三类:色散型、干涉型和滤光片型。色散型高光谱相机一般先利用色散元件(光栅或者棱镜)进行分光,再经由成像系统成像在探测器上;干涉型高光谱相机主要是利用干涉图与光谱图之间的对应关系,借助干涉仪来测量谱线元的干涉强度,并对干涉图进行逆傅里叶变换得到目标的光谱图;滤光片型高光谱相机则是在成像光路中加入滤光片进行分光,根据滤光片的不同,滤光片型高光谱相机又可以细分为旋转滤光片型、楔形滤光片型、可调谐滤光片型和量子点滤光片型。

基于滤光片型的高光谱相机具有系统结构形式简单、体积小、质量轻、空间分辨率高、灵活性好等优点。近年来,随着镀膜技术和商业高光谱遥感的发展,基于镀膜型的高光谱相机也得以迅速发展。


滤光片型高光谱相机的原理:

旋转滤光片型高光谱相机的结构如下图所示,它是以滤光片轮为分光元件,通过转动滤光片轮获得不同波段的光谱图像,从而完成复色光到单色光的分光。滤光片轮通常是将一组具有不同波长透过率的窄带滤光片固定在轮式结构上,每曝光一次采用一个滤光片。控制滤光片轮的旋转速度,使其转动频率与传感器采样频率同步,从而保证每个滤光片对应的谱段都能在传感器上成像。

旋转滤光片型成像光谱仪结构图

滤光片轮高光谱相机的关键器件是滤光片轮,可以根据观测波段的不同替换相应谱段范围的滤光片轮,光路结构简单,谱段更换灵活。但是由于光谱通道之间的切换需要依靠轮式结构的转动来完成,旋转结构带来的振动对成像质量影响较为明显,成像所需曝光时间较长;且单次曝光只能获得指定光谱范围的图像,光谱响应曲线是离散的,无法获取连续谱段的图像,存在实时性的问题;同时滤光片轮上各个滤光片的共面情况以及厚度均匀性也会带来成像模糊等问题。除此之外,随着光谱成像技术的发展,探测波段数目越来越多,滤光片轮已无法满足宽谱段高分辨率的观测,因此越来越多地被用于多光谱探测中。

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