Чанчуньский институт оптики анализирует состояние и тенденции развития гиперспектральных камер фильтр-спектроскопического типа

Гиперспектральные камеры могут сочетать технологию обработки изображений с технологией спектрального обнаружения, и при отображении пространственных характеристик цели они могут формировать несколько узких полос для каждого элемента пространственного изображения для достижения непрерывного спектрального охвата, а различная спектральная информация может полностью отражать различия в физических характеристиках. структура и химический состав внутри объекта. По сравнению с традиционной двухмерной пространственной визуализацией гиперспектральные камеры могут получать пространственную и спектральную информацию о цели. При определенном пространственном разрешении они могут получать уникальные непрерывные спектральные характеристики наземных объектов в широком диапазоне спектральных диапазонов, что имеет значительные преимущества для точной идентификации и обнаружения наземных объектов. Он имеет большое прикладное значение в сельском, лесном, водном, почвенном, горнодобывающем и других исследованиях ресурсов и мониторинге окружающей среды.

С быстрым развитием технологии покрытия фильтров широкое распространение получила разработка спектроскопических гиперспектральных камер с фильтрами. Гиперспектральные камеры, основанные на спектроскопическом принципе фильтра, стали неотъемлемой частью гиперспектральных нагрузок дистанционного зондирования с преимуществами широкой полосы пропускания, высокого пространственного разрешения, высокого спектрального разрешения, а также легкости и небольшого размера. Они широко используются в сети микро-наноспутниковых гиперспектральных группировок.

По сообщению McMasters Consulting, исследовательская группа Лю Чуньюя из Чанчуньского института оптики и точной механики и физики Китайской академии наук недавно опубликовала в журнале Infrared and Laser Engineering статью на тему «Состояние и тенденции фильтрующих спектроскопических гиперспектральных камер». разработка." Лю Чунью в основном занимается исследованиями конструкции оптических систем и общей конструкции оптоэлектронных систем.

Принципиальная схема принципа гиперспектральной визуализации

В этом исследовании в основном рассматриваются фильтрующие спектроскопические гиперспектральные камеры, представлены типичные фильтрующие спектроскопические бортовые гиперспектральные изображения в стране и за рубежом, а также фильтрующие спектроскопические гиперспектральные системы изображения, разрабатываемые на земле, а также анализируются технические решения, показатели производительности и области применения. перспективы этих систем, а также объясняются технические характеристики, преимущества и недостатки гиперспектральных камер, основанных на спектроскопическом принципе фильтра. Объяснены технические аспекты, преимущества и недостатки гиперспектральных камер, основанных на принципе спектроскопии с фильтром, и, наконец, намечена тенденция развития спектроскопических камер с фильтром.

Гиперспектральная камера с колесом фильтров использует колесо фильтров в качестве спектрального элемента для получения спектральных изображений различных диапазонов длин волн путем вращения колеса фильтров, тем самым завершая спектральное разделение сложного и монохроматического света. Важнейшим компонентом гиперспектральной камеры с колесом фильтров является колесо фильтров, которым колесо фильтров может заменить соответствующий спектральный диапазон в соответствии с различными диапазонами наблюдения. С развитием технологии спектральной визуализации количество полос обнаружения увеличивается, и колесо фильтров больше не может соответствовать широкому диапазону наблюдений с высоким разрешением, поэтому оно все чаще используется при мультиспектральном обнаружении.

Гиперспектральные камеры с перестраиваемым фильтром используют настраиваемые фильтры в качестве спектральных компонентов и в основном делятся на гиперспектральные камеры с жидкокристаллическим перестраиваемым фильтром (LCTF), гиперспектральные камеры с акустооптическим перестраиваемым фильтром (AOTF) и резонаторные камеры FP с перестраиваемым МЭМС. Гиперспектральные камеры MEMS с настраиваемыми резонаторными фильтрами Фабри-Перо (AOTF).

Гиперспектральная камера с клиновидным фильтром, также известная как гиперспектральная камера с перестраиваемым фильтром, обеспечивает непрерывную выборку в спектральной и пространственной областях. Идея состоит в том, чтобы использовать клиновидную многослойную тонкопленочную среду в качестве фильтра и установить ее рядом с двумерным матричным детектором так, чтобы несколько элементов изображения датчика соответствовали определенной спектральной полосе перестраиваемого фильтра. В зависимости от соответствия между полосками градиентного фильтра и элементами изображения детектора, гиперспектральные камеры с градиентным фильтром можно разделить на линейно-градиентные и матричные.

Структура и спектроскопия прогрессивного линейного фильтра

Квантовые точки, также известные как «нанокристаллы», представляют собой неорганические материалы, обладающие высокой стабильностью и имеющие радиус, меньший, чем радиус большой экситонной волны. Интеграция различных типов квантовых точек позволяет одновременно обнаруживать разные длины волн, что является принципом разработки спектрометра с квантовыми точками (CQD). Традиционная концепция спектрометров с высокоточными оптическими и механическими компонентами громоздка, дорога, сложна и сильно ограничена в применении.

Принципиальная схема БИК-спектрометра с квантовыми точками

В целом, гиперспектральная камера типа спектроскопии фильтров находится в начальной стадии, и ее спектральное разрешение все еще должно быть сравнимо с высокоточным методом дисперсионной спектроскопии на решетке. Кроме того, комбинация фильтра и детектора еще больше улучшит спектральное разрешение системы, которое может быть даже сравнимо с высокоточной решеточной дисперсионной спектроскопией. Таким образом, объединение пластин фильтра и детектора также является важной тенденцией развития гиперспектральных камер с покрытием. Легко видеть, что разработка гиперспектральных камер на основе фильтров приведет к прорывному росту в области гиперспектральной визуализации, что, в свою очередь, вызовет развитие технологии гиперспектрального дистанционного зондирования для микро-наноспутников и заложит технические основу для будущей оперативной эксплуатации группировок микро-, нано-, гиперспектральных спутников на орбите для лучшего обслуживания национальной экономики.

Этот проект был поддержан Национальным фондом естественных наук Китая (41504143), Проектом развития исследовательского оборудования Китайской академии наук (YJKYYQ20190044), Фондом естественных наук провинции Аньхой (1908085 ME135) и Советом по содействию инновациям молодежи Китайская академия наук (2016–203 гг.).