高光譜成像光譜儀的分類及特點(diǎn)
發(fā)布時(shí)間:2023-12-22
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高光譜成像光譜儀簡(jiǎn)稱成像光譜儀,又稱為超光譜成像儀,高光譜成像光譜儀是采用二維面陣可見光和紅外探測(cè)器,可同時(shí)獲得目標(biāo)影像和該影像上各像元的多個(gè)光譜成分的高光譜分辨率遙感儀器。本文對(duì)高光譜成像光譜儀的分類及特點(diǎn)作了介紹。
高光譜成像光譜儀簡(jiǎn)稱成像光譜儀,又稱為超光譜成像儀,高光譜成像光譜儀是采用二維面陣可見光和紅外探測(cè)器,可同時(shí)獲得目標(biāo)影像和該影像上各像元的多個(gè)光譜成分的高光譜分辨率遙感儀器。本文對(duì)高光譜成像光譜儀的分類及特點(diǎn)作了介紹。
綜合目前已有的機(jī)載成像光譜儀的特點(diǎn),將成像系統(tǒng)和分光技術(shù)結(jié)合起米考慮,將高光譜成像儀分為面陣列探測(cè)器加空間推掃型、線列探測(cè)器加光機(jī)掃描型、光譜空間交叉掃描型和光譜掃描型等四種類型。
1.面陣探測(cè)器加空間推掃型
在這類光譜儀中,前光學(xué)系統(tǒng)(反射鏡和物鏡)把一行地物目標(biāo)成像在狹縫上,與狹縫對(duì)應(yīng)的探測(cè)器陣列自掃描完成一維空間掃描,另一維由運(yùn)載平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)完成,即由面陣器件的固體自掃描和飛行平臺(tái)向前運(yùn)動(dòng)完成二維空間掃描。另外,狹縫也是光譜儀的入射狹縫,光譜儀把入射狹縫上的地物像均勻地色散到焦平面探測(cè)器上,面陣探測(cè)器的另一維完成光譜掃描,即面陣器件的一維完成空間成像,另一維完成光譜的掃描,分光譜器件多數(shù)也是光柵和棱鏡。
這類成像光譜儀的特點(diǎn)是:空間掃描由器件的固體自掃描完成,像元的凝視時(shí)間較長(zhǎng),這樣可以提高系統(tǒng)的靈敏度,或者提高系統(tǒng)的空間分辨率;在可見光波段,由于目前器件很成熟,集成程度也很高,光譜分辨力可以提高到1~2 nm的水平;由于沒有光機(jī)掃描機(jī)構(gòu),儀器的體積可以設(shè)計(jì)很小。目前在可見光、近紅外波段,此類成像光譜儀很多,有的已經(jīng)達(dá)到商品化水平。其主要不足之處是:紅外波段由于器件的限制,短波紅外靈敏度還不理想,熱紅外暫時(shí)不可能;由于光學(xué)設(shè)計(jì)的困難,總視場(chǎng)一般較小。但是,隨著焦平面器件的進(jìn)一步發(fā)展和成熟,這類成像光譜儀所占的比例將會(huì)越來越多。為了克服線列陣型成像光譜儀對(duì)像元凝視時(shí)間少,而面陣推帶型成像光譜儀的總視場(chǎng)又不夠大的缺點(diǎn),有時(shí)采用小面陣并掃型成像光譜儀。
2.線陣探測(cè)器加光機(jī)掃描型
面陣推掃式成像光譜儀的前置光學(xué)系統(tǒng),在紅外波段,對(duì)大視場(chǎng)、高像質(zhì)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面非常困難,因此,面陣推掃式成像光譜儀的總視場(chǎng)不可能很大,而線陣探測(cè)器加光機(jī)掃描型成像光譜儀則很好地解決了這方面的問題。這類光譜儀由光機(jī)掃描和飛行平臺(tái)向前運(yùn)動(dòng)完成二維空間掃描,其光譜維的掃描由線列陣探測(cè)器完成,色散器件一般是由光柵和棱鏡組成。
這類成像光譜儀的特點(diǎn)是:空間掃描在物方完成,可以得到大的總視場(chǎng)角(90°),像元配準(zhǔn)好,不同波段任何時(shí)候都凝視同一像元;光譜波段覆蓋范圍較全,可以從可見光一直到熱紅外;10~120nm的光譜分辨率的情況下,其輻射靈敏度也基本能滿足要求。目前波段全、實(shí)用性,強(qiáng)的成像光譜儀多屬此類。其不足之處是:由于光機(jī)掃描,每個(gè)像元的凝視時(shí)間相對(duì)較短,要進(jìn)一步同時(shí)提高光譜分辨率和輻射靈敏度就比較困難。
3.光譜空間交叉掃描型
光譜維的掃描由旋轉(zhuǎn)濾光片的轉(zhuǎn)動(dòng)或用漸變?yōu)V光片完成的成像光譜儀被稱為光譜空間交叉掃描型成像光譜儀。這類系統(tǒng)的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,實(shí)現(xiàn)也相對(duì)容易。如漸變?yōu)V光片型成像光譜儀是利用CCD攝像機(jī)的場(chǎng)掃描功能與漸變?yōu)V光片的組合獲得分時(shí)逐行分譜圖像,即一景圖像的每一行分別對(duì)應(yīng)不同的地面目標(biāo)和不同的光譜波段。由于地面上的每一光譜不是同時(shí)記錄的,因而給圖像配準(zhǔn)的數(shù)據(jù)后處理帶來許多困難。
4.光譜掃描型
這類成像光譜儀的各光譜波段是分時(shí)獲得的,其光譜維的掃描由傅立葉光譜儀或聲光調(diào)制器完成。從理論上說用傅立葉光譜儀的方法,系統(tǒng)的集光能力比色散型的成像光譜儀要高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上,具有高信噪比。高光譜分辨率的特點(diǎn)。這類系統(tǒng)的核心是傅立葉干涉光譜儀的設(shè)計(jì),極高精度的光學(xué)設(shè)計(jì)和裝配校準(zhǔn)是系統(tǒng)的主要難點(diǎn)。
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