Changchun Institute of Optics analyserer utviklingsstatus og trender for hyperspektrale kameraer av filterspektroskopi-type

Hyperspektrale kameraer kan kombinere bildeteknologi med spektral deteksjonsteknologi, og mens de avbilder de romlige egenskapene til et mål, kan de danne flere smale bånd for hvert romlige bildeelement for å oppnå kontinuerlig spektral dekning, og den forskjellige spektrale informasjonen kan fullt ut reflektere forskjellene i fysisk struktur og kjemisk sammensetning innenfor et trekk. Sammenlignet med tradisjonell todimensjonal romlig avbildning, kan hyperspektrale kameraer innhente romlig og spektral informasjon om målet. Ved en spesifikk romlig oppløsning kan de oppnå de unike kontinuerlige spektrale egenskapene til bakkefunksjonene i et bredt spekter av spektralbånd, noe som har betydelige fordeler for nøyaktig å identifisere og oppdage bakkefunksjonene. Den har betydelig bruksverdi innen landbruk, skogbruk, vann, jord, gruvedrift og andre ressursundersøkelser og miljøovervåking.

Med den raske utviklingen av filterbeleggteknologi har utviklingen av filterspektroskopiske hyperspektrale kameraer blitt mye fremmet. Hyperspektrale kameraer basert på filterspektroskopisk prinsipp har blitt en essensiell del av hyperspektrale fjernmålingsbelastninger med fordelene med stor båndbredde, høy romlig oppløsning, høy spektral oppløsning og lys og liten størrelse. De er mye brukt i nettverket av mikro-nano-satellitt hyperspektrale konstellasjoner.

Ifølge McMasters Consulting publiserte Liu Chunyus forskningsgruppe ved Changchun Institute of Optics and Precision Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, nylig en artikkel i tidsskriftet Infrared and Laser Engineering om temaet "Status og trender for filterspektroskopisk hyperspektralkamera utvikling." Liu Chunyu er hovedsakelig engasjert i forskning av optisk systemdesign og den generelle designen av optoelektroniske systemer.

Skjematisk diagram av hyperspektralt avbildningsprinsipp

Denne forskningen gjennomgår hovedsakelig filterspektroskopiske hyperspektrale kameraer, introduserer de typiske filterspektroskopiske innebygde hyperspektrale avbildningsnyttelastene i inn- og utland, og filterspektroskopiske hyperspektrale bildesystemer under utvikling på bakken, og analyserer de tekniske løsningene, ytelsesindeksene og applikasjonen utsiktene til disse systemene, og forklarer de tekniske egenskapene, fordelene og ulempene til de filterspektroskopiske prinsippbaserte hyperspektrale kameraene. De tekniske aspektene, fordelene og ulempene ved hyperspektrale kameraer basert på filterspektroskopiprinsippet er forklart, og til slutt er utviklingstrenden for filterspektroskopiske kameraer forutsett.

Filterhjulets hyperspektrale kamera bruker filterhjulet som spektralelement for å oppnå spektrale bilder av forskjellige bølgelengdebånd ved å rotere filterhjulet, og dermed fullføre den spektrale separasjonen av komplekst til monokromatisk lys. Den kritiske komponenten til et hyperspektralkamera med filterhjul er filterhjulet, som et filterhjul kan erstatte det tilsvarende spektralområdet i henhold til de forskjellige observasjonsbåndene. Med utviklingen av spektral avbildningsteknologi øker antallet deteksjonsbånd, og filterhjulet kan ikke lenger møte det brede spekteret av høyoppløselig observasjon, så det brukes i økende grad i multispektral deteksjon.

Tunable filter hyperspektrale kameraer bruker avstembare filtre som spektrale komponenter og er hovedsakelig delt inn i Liquid Crystal Tunable Filter (LCTF) hyperspektrale kameraer, Acousto-Optic Tunable Filter (AOTF) hyperspektrale kameraer og MEMS avstembare FP cavity kameraer. MEMS Tunable Fabry-Perot Cavity Filters (AOTF) hyperspektrale kameraer.

Det kileformede hyperspektrale filterkameraet, også kjent som et avstembart hyperspektralt filterkamera, muliggjør kontinuerlig prøvetaking i spektrale og romlige områder. Konseptet er å bruke et kileformet flerlags tynnfilmmedium som et filter og montere det i nærheten av en todimensjonal array-detektor slik at flere bildeelementer i sensoren tilsvarer et bestemt spektralbånd til det avstembare filteret. Avhengig av samsvaret mellom linjene i gradientfilteret og bildeelementene til detektoren, kan gradientfilter hyperspektrale kameraer deles inn i lineære gradient- og filterarraytyper.

Struktur og spektroskopi av et progressivt lineært filter

Kvanteprikker, også kjent som "nanokrystaller," er uorganiske materialer som er svært stabile og har en radius som er mindre enn radiusen til en stor eksitonbølge. Integrering av ulike typer kvanteprikker tillater samtidig deteksjon av ulike bølgelengder, som er prinsippet bak utviklingen av kvantepunktspektrometeret (CQD). Det tradisjonelle konseptet med spektrometre med høypresisjon optiske og mekaniske komponenter er klumpete, dyrt, komplekst og sterkt begrenset i bruk.

Prinsippdiagram av NIR kvantepunktspektrometer

Generelt er det hyperspektrale kameraet av filterspektroskopi-type i sin innledende fase, og dets spektrale oppløsning må fortsatt være sammenlignbar med høypresisjonsgitterdispersjonsspektroskopimetoden. I tillegg vil kombinasjonen av filter og detektor forbedre spektraloppløsningen til systemet ytterligere, som til og med kan sammenlignes med dispersiv spektroskopi med høy presisjon. Derfor er det å kombinere filter- og detektorskiver også en betydelig utviklingstrend for belagte hyperspektrale kameraer. Det er lett å se at utviklingen av filterbaserte hyperspektrale kameraer vil drive en forstyrrende vekst innen hyperspektral avbildning, som igjen vil føre til utvikling av hyperspektral fjernmålingsteknologi for mikro-nano-satelitter og legge den tekniske grunnlaget for fremtidig operasjonell drift av mikro-nano-hyperspektrale satellittkonstellasjoner i bane for å tjene den nasjonale økonomien bedre.

Dette prosjektet ble støttet av National Natural Science Foundation of China (41504143), Research Equipment Development Project til Chinese Academy of Sciences (YJKYYQ20190044), Natural Science Foundation of Anhui Province (1908085 ME135), og Youth Innovation Promotion Council of det kinesiske vitenskapsakademiet (2016203).