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高光谱成像仪按照扫描方式和分光器件的不同可以分为哪些类型?

发布时间:2023-09-28
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高光谱成像仪​作为一种光电检测仪器,在获取目标对象外在的图像信息同时,可以探测图像上每一点的光谱反射率,有效实现了“图谱合一”,能够在线获取目标的内外部信息,具有无损、快速、识别精度高的优势。那么,高光谱成像仪按照扫描方式和分光器件的不同可以分为哪些类型?本文为大家做了介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

高光谱成像仪作为一种光电检测仪器,在获取目标对象外在的图像信息同时,可以探测图像上每一点的光谱反射率,有效实现了“图谱合一”,能够在线获取目标的内外部信息,具有无损、快速、识别精度高的优势。那么,高光谱成像仪按照扫描方式和分光器件的不同可以分为哪些类型?本文为大家做了介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

高光谱成像仪

高光谱成像仪按照扫描方式不同的分类:

光谱成像系统根据扫描方式即光谱图像采集方式的不同分类,可分成掸扫式成像光谱仪、推扫式成像光谱仪和凝采式成像光谱仪三种类型。

掸扫式成像光谱仪的成像原理图如下图所示,其核心元件是线阵探测器,它能使不同波长的入射光照射到线阵探测器件上。对于地面某一特定时刻视场内的入射光和经过分光元件分光后各波长的光强度能同时探测到,当传感器平台向运动方向前进时每一个像元逐点成像,并获得连续的、窄波段的光谱图像。

掸扫式成像光谱仪原理图

推扫式成像光谱仪的成像原理图如下图所示,图中的面阵列探测器是二维的,一维是光谱维,一维是空间维,工作方式为推扫式,在探测过程中,地面待测目标的反射光或者自发辐射光经过色散元件后分散成一段段窄波段并聚焦到面阵排列的探测器上。一次扫描可以获得一个空间方向和光谱方向的二维图像,然后再在飞行方向以一定的速度移动就可以得到完整的三维立体图像。使用推扫式的方法进行成像,摄像时间长,明显提高了该系统的空间分辨率和灵敏度。

推扫式成像光谱仪原理

高光谱成像仪按照分光器件不同的分类:

成像光谱仪的核心元件-分光器件,其发展过程从最开始的色散棱镜到随后的衍射光栅,之后从采用干涉调制元件再到可调谐滤光器的广泛应用,分别对应分光器件的三大类型:色散型成像光谱仪、干涉型成像光谱仪和可调谐滤光器型成像光谱仪。

色散型成像光谱仪作为最开始使用的成像光谱仪,是一种常见的成像光谱仪,它的分光元件是三棱镜或者光栅,如上图所示,上图不仅是推扫式成像光谱仪的原理图,也是色散型成像光谱仪的成像原理图,其中的分光元件使用的就是色散元件(三棱镜或者光栅)。自然光照射到地面目标物后,目标物体反射的光通过指向镜的反射成像在物镜后面的狭缝平面上,形成的像能够穿过该狭缝,但是其他的干扰光比如环境光不能通过狭缝,因此地面目标物体形成的像经过狭缝后将获得一维的空间信息。在经过狭缝后,地面目标物形成的一条一条的像经过扩束准直镜后照射到分光元件(色散元件为棱镜或者光栅),经过色散元件色散后再由像镜会聚为一条条的光谱像并且将这些光谱像成像到面阵列探测器上。

在基于光的干涉原理基础上,干涉型成像光谱仪利用干涉图和复原光谱之间的傅里叶变换关系,再计算两者的傅里叶积分从而得到被测对象的光谱信息。干涉型成像光谱仪根据调制方式的不同可分为两大类,一类是基于迈克尔逊干涉仪的时间调制型干涉成像光谱仪,另一类是基于横向剪切干涉仪的空间调制型干涉成像光谱仪。

时间调制型成像光谱仪原理图

可调谐滤光器型成像光谱仪在近几年来得到了快速的发展,它的原理是将可调谐滤光器放在探测器前,通过调节可调谐滤光器的透过波长以获得不同波长的光谱图像,其基本成像系统如下图所示。

可调谐滤光器成像系统图

可调谐滤光器可分为声光可调谐滤光器(AOTF)和液晶可调谐滤光器(LCTF)两种。AOTF是根据各向异性双折射晶体声光衍射的原理制成的,LCTF是根据偏振光的干涉原理制成的。

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