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摆扫型光谱成像仪的原理和特点分析

发布时间:2023-04-21
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摆扫型(whiskbroom)光谱成像仪由光机左右摆扫和飞行平台向前运动完成二维空间成像,其线列探测器完成每个瞬时视场像元的光谱维获取。本文主要对摆扫型光谱成像仪的原理和特点进行了简单分析。

摆扫型(whiskbroom)光谱成像仪由光机左右摆扫和飞行平台向前运动完成二维空间成像,其线列探测器完成每个瞬时视场像元的光谱维获取。本文主要对摆扫型光谱成像仪的原理和特点进行了简单分析。


摆扫型光谱成像仪


摆扫型光谱成像仪的原理

摆扫型光谱成像仪具有一个成45°斜面的扫描镜( rotating scan mirror),在电机(electric motor)的带动下进行360°旋转,其旋转水平轴与遥感平台前进方向平行( cross -track scanning)。扫描镜对地左右平行扫描成像,即扫描运动方向与遥感平台运动方向垂直。光学分光系统般主要由光栅和棱镜组成,然后色散光源再被汇集到探测器(detector)上。这样光谱成像仪所获取的图像就具有了两方面的特性:光谱分辨率与空间分辨率。

1. 45斜面的扫描镜(Rotating Scan Mirror)

2. 电机(Electric Motor)进行360旋转

3. 旋转水平轴与遥感平台前进方向平行

4. 扫描镜扫描运动方向与遥感平台运动方向垂直

5. 光学分光系统形成色散光源再汇集到探测器(Detectors)上。这样成像光谱仪所获取的图像就具有了两方面的特性:光谱分辨率与空;间分辨率。

 

摆扫型光谱成像仪2


摆扫型光谱成像仪的特点分析

摆扫型光谱成像仪的优点在于可以得到很大的总视场(FOV可达90°),像元配准好,不同波段任何时候都凝视同-像元;在每个光谱波段只有一个探测元件需要定标,增强了数据的稳定性;由于是进入物镜后再分光,一台仪器的光谱波段范围可以做得很宽,比如从可见光一直到热红外波段。

1. 视场角:可以达到很大的视场角(FOV可达90度)

2. 像元配准:像元配准好,不同波段在任何时刻都凝视同一像元。

3. 定标:在每个波段只有-个探测器元件需要定标,增强了数据的稳定性。

4. 波段范围:进入物镜后再分光,波段范围可以做得很宽。

但是,由于采用光机扫描,每个像元的凝视时间很短,要进一步提高光谱分辨率和信噪比比较困难。这也是摆扫型光谱成像仪需要重点解决的问题。

所以目前波段全、实用性强的光谱成像仪除我国的实用型模块化光谱成像仪(OMIS)系统之外多属此类,如美国喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory ,JPL)完成的AVIRIS系统和美国GER公司的GERIS ( geographical & environmental research imaging spectrometer)系统。它的不足之处是,由于采用光机扫描,每个像元的凝视时间相对就很短,要进一步提高光谱和空间分辨率以及信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)比较困难。

 


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