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高光谱成像仪的种类及发展趋势探讨

发布时间:2023-04-12
浏览次数:435

​作为一种光谱成像工具——高光谱成像仪,它具有处理,再现和可视化等应用特点,方便人们直观的对图像进行分析。在对光谱图像进行分析处理的同时可以获得光谱信息与图像信息,光谱成像技术因此也是光谱分析与图像分析的有机结合,在目前市场成为更具有优势的技术。本文对高光谱成像仪的种类及发展趋势进行了探讨,感兴趣的朋友可以了解一下!

作为一种光谱成像工具——高光谱成像仪,它具有处理,再现和可视化等应用特点,方便人们直观的对图像进行分析。在对光谱图像进行分析处理的同时可以获得光谱信息与图像信息,光谱成像技术因此也是光谱分析与图像分析的有机结合,在目前市场成为更具有优势的技术。本文对高光谱成像仪的种类及发展趋势进行了探讨,感兴趣的朋友可以了解一下!

高光谱成像仪

高光谱成像仪的种类:

由于分光的原理不同,高光谱成像技术可以分为:干涉型、调谐型、棱镜光栅色散型、三维成像型、计算层析型、二元光学元件型、滤光片型光谱技术等。以下主要简单介绍几种成像光谱技术。

1)较早出现的光谱成像技术——棱镜、光栅色散型

经过棱镜和光栅狭缝发生色散后,其入射光在光学系统的前焦面上,其光束由光学系统准直后,在探测器的不同位置上按波长大小顺序成像。

在摆扫型(whiskbroom)和推扫型(pushbroom)的成像光谱仪里,分为线列与面阵的色散类型,其原理如下图所示。

摆扫型和推扫型的成像光谱仪原理结构图

摆扫型光谱仪可以在勘测某一时刻视场内目标点的光谱分布中使用。由线列探测器输出同一空间像元的所有光谱分布。

2)干涉型成像光谱仪——迈克尔逊干涉仪

目前,干涉成像光谱技术在遥感领域中,利用迈克尔逊干涉法、三角共路干涉法、双折射干涉法三种方法来获得像元辐射干涉图。由于迈克尔逊干涉仪应用较为广泛,故作为主要方面介绍。

下图为迈克尔逊干涉仪的原理图,为了使时间序列发生干涉,必须由动镜来机械扫描,由傅立叶变换理论来得出相应物面像元辐射的光谱图像。

迈克尔逊型成像光谱仪原理图

3)滤光片型成像光谱仪

由于本文主要研究声光可调滤波器,故将滤光片型的光谱仪进行详细说明。可调谐滤光片型、光楔滤光片型都属于滤光片型成像光谱仪。其中声光可调谐、液晶可调谐、电光可调谐等滤光片都属于可调谐滤光片型中。目前主要使用声光和液晶可调谐,滤光片。其制作构成原理很简单,只需将相机与滤光片的方案相互结合,再加入成像CCD 就可构成完整的装置设备。

其中,液晶调谐类的波长切换时间较长,调制速度较慢,而声光调谐类的成像光谱刚好弥补了这一方面的空缺,其具有良好的光学性能、调制速度较快,但是其声光衰减较低,这是由于其特殊的光学材料所导致,尽管如此,声光品质因数依然较高,在对地物观测时能够获取良好的光谱图片,及信息识别。声光可调滤波器(AOTF)利用反常布拉格调制原理,及电信号驱动频率与衍射光波长之间的调谐关系,即声波的频率由电子信号调节控制,则在可见光波段或者红外波段完成连续的光谱扫描,下图所示为非共线声光可调谐滤光器的晶体与工作原理结构图。

非共线声光可调滤波器的晶体与工作原理结构


高光谱成像仪的发展趋势:

对未来的发展趋势,高光谱成像技术主要为四个方面来发展:

(1)通过对大量物质光谱特征的获取,建立标准的数据库。

(2)新物质、新技能的发展标志着成像光谱仪的诞生,它轻小性能更好。

(3)大量传感器、存储介质、读出电路等技能的发展,促进超光谱成像技术向更高方向发展。

(4)更高效、快捷处理光谱、图像数据,满足进一步实时处理的需要问。

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