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线成像推扫型高光谱成像仪的成像原理是怎样的?

发布时间:2023-06-09
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高光谱成像仪​的基本原理是将成像辐射的波段划分成更狭窄的多个波段同时成像,对图像上的每个像元都能得到一条光谱曲线,从而获得同一物体多个光谱波段的光谱图像。它根据扫描成像的方式的不同,可以分为摇扫方式和推帚式扫描方式。本文对线成像推扫型高光谱成像仪的成像原理进行了简要的介绍,对此感兴趣的朋友不妨了解一下!

高光谱成像仪的基本原理是将成像辐射的波段划分成更狭窄的多个波段同时成像,对图像上的每个像元都能得到一条光谱曲线,从而获得同一物体多个光谱波段的光谱图像。它根据扫描成像的方式的不同,可以分为摇扫方式和推帚式扫描方式。本文对线成像推扫型高光谱成像仪的成像原理进行了简要的介绍,对此感兴趣的朋友不妨了解一下!

高光谱成像仪

高光谱成像仪要进一步提高其空间分辨率和光谱分辨率,摇扫的成像方式已不能胜任,而面阵CCD的应用使得高光谱分辨力和高空间分辨力、超多波段化成为可能。随着高性能硅光电材料的获得和微电子技术的发展,各种新型的大面阵高帧频CCD和红外焦平面器件纷纷问世,基于面阵CCD和红外焦平面器件的高光谱成像仪成了高光谱遥感技术发展的主流。它采用面阵CCD作为凝视器件,不必建造既昂贵又复杂的扫描镜就可以达到高空间分辨率,而且成像器件的固定构形也使图像的几何保真度很高,不同波长的波段能更加准确地配准。因而有体积小、机构简单、积分时间长、信噪比高、光谱分辨率高(可达1~2nm)等优点。它工作时由面阵器件的固体扫描和飞行平台向前运动来组成二维空间扫描,即面阵器件的一维完成空间成像,另一维完成光谱的扫描。在穿轨迹方向上,面阵探测器在行方向的一维探测器元数,接收相应数目的一行地面分辨元的辐射。经由探测器件内部电子学扫描,也称固体自扫描,产生该行的图像信号。每个地面分辨元的辐射被分光(色散)之后在焦平面的列方向散开,落在焦平面阵列的列方向的一维探测器光敏元上。像元中各光谱波段的辐射,按特定光谱宽度和顺序在列方向分布。例如,推扫型高光谱成像仪采用m元×n元的焦平面阵列探测器,行方向探测器元数(m)即成像一行地面的像元数,列方向探测器元数(n)即分光光谱波段的数目(如下图所示)。

推扫型高光谱成像仪原理

从理论上,推扫型高光谱成像仪因空间扫描由探测器的固体自扫描完成,像元的凝视时间大大增加,每个像元上的光积分时间,是摇扫方式的m倍,这样可以提高系统的灵敏度,或者提高系统的空间分辨率,由于没有光谱扫描机构,仪器的体积能设计得比较小。但是,受现有红外探测器技术的限制,大面阵的长波红外探测器还不能应用于工程实践。且由于光学设计的困难,推扫型高光谱成像仪的视场一般不大。为了加大视场,常常要在光学系统上加上指向镜或补偿镜,增加了系统的复杂度,并可能带来像旋等问题。

随着面阵CCD和红外焦平面器件的进一步发展和成熟,推扫型高光谱成像仪所占的使用比例将会越来越高。为了克服线阵列高光谱成像仪对像元凝视时间少,而面阵推扫型高光谱成像仪的总视场又不够大的缺陷,有时也采用小面阵并扫型高光谱成像仪。

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