Instytut Optyki Changchun analizuje stan rozwoju i trendy w zakresie kamer hiperspektralnych typu spektroskopii filtrowej
Jul 05, 2023
Kamery hiperspektralne mogą łączyć technologię obrazowania z technologią wykrywania widmowego, a podczas obrazowania przestrzennych cech celu mogą tworzyć wiele wąskich pasm dla każdego elementu obrazu przestrzennego, aby uzyskać ciągłe pokrycie widmowe, a różne informacje widmowe mogą w pełni odzwierciedlać różnice w fizycznych struktura i skład chemiczny w obrębie cechy. W porównaniu z tradycyjnym dwuwymiarowym obrazowaniem przestrzennym, kamery hiperspektralne mogą uzyskiwać przestrzenne i spektralne informacje o celu. Przy określonej rozdzielczości przestrzennej mogą osiągnąć unikalne ciągłe cechy widmowe obiektów naziemnych w szerokim zakresie pasm widmowych, co ma istotne zalety dla dokładnej identyfikacji i wykrywania obiektów naziemnych. Ma znaczną wartość aplikacyjną w rolnictwie, leśnictwie, wodach, glebie, górnictwie i innych badaniach zasobów oraz monitorowaniu środowiska.
Wraz z szybkim rozwojem technologii powlekania filtrów szeroko promowano rozwój spektroskopowych kamer hiperspektralnych z filtrem. Kamery hiperspektralne oparte na zasadzie spektroskopii filtrowej stały się istotną częścią hiperspektralnych obciążeń teledetekcyjnych z zaletami dużej szerokości pasma, wysokiej rozdzielczości przestrzennej, wysokiej rozdzielczości widmowej oraz lekkich i małych rozmiarów. Są szeroko stosowane w sieci mikro-nanosatelitarnych konstelacji hiperspektralnych.
Według McMasters Consulting, grupa badawcza Liu Chunyu w Changchun Institute of Optics and Precision Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, opublikowała niedawno artykuł w czasopiśmie Infrared and Laser Engineering na temat „Status i trendy spektroskopowej kamery hiperspektralnej z filtrem rozwój." Liu Chunyu zajmuje się głównie badaniami nad projektowaniem systemów optycznych i ogólnym projektowaniem systemów optoelektronicznych.
Schematyczny diagram zasady obrazowania hiperspektralnego
W ramach tych badań dokonano głównie przeglądu spektroskopowych kamer hiperspektralnych z filtrem, przedstawiono typowe pokładowe ładunki obrazowania hiperspektralnego z filtrem spektroskopowym w kraju i za granicą oraz opracowywane naziemne systemy obrazowania hiperspektralnego z filtrem spektroskopowym, a także przeanalizowano rozwiązania techniczne, wskaźniki wydajności i zastosowanie Perspektywy tych systemów i wyjaśnia charakterystykę techniczną, zalety i wady spektroskopowych filtrów filtrowych opartych na hiperspektralnych kamerach. Wyjaśniono techniczne aspekty, zalety i wady kamer hiperspektralnych opartych na zasadzie spektroskopii filtrowej, a także przewidziano kierunek rozwoju kamer spektroskopowych z filtrem.
Kamera hiperspektralna z kołem filtrowym wykorzystuje koło filtrowe jako element widmowy do uzyskiwania obrazów spektralnych o różnych pasmach długości fal poprzez obracanie koła filtrowego, kończąc w ten sposób rozdział widmowy światła złożonego na monochromatyczne. Krytycznym elementem kamery hiperspektralnej z kołem filtrowym jest koło filtrowe, które może zastąpić odpowiedni zakres widmowy zgodnie z różnymi pasmami obserwacji. Wraz z rozwojem technologii obrazowania spektralnego liczba pasm detekcji wzrasta, a koło filtrowe nie jest już w stanie sprostać szerokiemu zakresowi obserwacji o wysokiej rozdzielczości, dlatego jest coraz częściej wykorzystywane w detekcji multispektralnej.
Kamery hiperspektralne z przestrajalnym filtrem wykorzystują przestrajalne filtry jako komponenty widmowe i są głównie podzielone na kamery hiperspektralne z przestrajanym filtrem ciekłokrystalicznym (LCTF), kamery hiperspektralne z przestrajalnym filtrem akustyczno-optycznym (AOTF) i kamery wnękowe FP z przestrajaniem MEMS. MEMS Tunable Fabry-Perot Cavity Filters (AOTF) kamery hiperspektralne.
Kamera hiperspektralna z filtrem w kształcie klina, znana również jako przestrajalna kamera hiperspektralna z filtrem, umożliwia ciągłe próbkowanie w obszarach widmowych i przestrzennych. Koncepcja polega na wykorzystaniu wielowarstwowego cienkowarstwowego medium w kształcie klina jako filtra i zamontowaniu go w pobliżu dwuwymiarowego detektora matrycowego, tak aby kilka elementów obrazu czujnika odpowiadało określonemu pasmu widmowemu przestrajalnego filtra. W zależności od zgodności między paskami filtra gradientowego a elementami obrazu detektora, kamery hiperspektralne z filtrem gradientowym można podzielić na typy gradientu liniowego i matrycy filtrów.
Budowa i spektroskopia progresywnego filtra liniowego
Kropki kwantowe, znane również jako „nanokryształy”, to materiały nieorganiczne, które są bardzo stabilne i mają promień mniejszy niż promień dużej fali ekscytonów. Integracja różnych typów kropek kwantowych umożliwia jednoczesne wykrywanie różnych długości fal, co jest zasadą leżącą u podstaw rozwoju spektrometru kropek kwantowych (CQD). Tradycyjna koncepcja spektrometrów z precyzyjnymi elementami optycznymi i mechanicznymi jest nieporęczna, kosztowna, złożona i poważnie ograniczona w zastosowaniu.
Schemat działania spektrometru kropek kwantowych NIR
Ogólnie rzecz biorąc, kamera hiperspektralna typu spektroskopii filtrowej jest w początkowej fazie, a jej rozdzielczość spektralna wciąż musi być porównywalna z metodą wysokoprecyzyjnej spektroskopii dyspersyjnej z siatką. Ponadto połączenie filtra i detektora jeszcze bardziej poprawi rozdzielczość widmową systemu, która może być nawet porównywalna z bardzo precyzyjną spektroskopią dyspersyjną z siatką. Dlatego łączenie płytek filtrujących i detektorowych jest również znaczącym trendem rozwojowym powlekanych kamer hiperspektralnych. Łatwo zauważyć, że rozwój opartych na filtrach kamer hiperspektralnych spowoduje przełomowy rozwój w dziedzinie obrazowania hiperspektralnego, co z kolei spowoduje rozwój technologii teledetekcji hiperspektralnej dla mikro-nanosatelitów i położy techniczne fundament dla przyszłego działania operacyjnego mikro-nano-hiperspektralnych konstelacji satelitarnych na orbicie, aby lepiej służyły gospodarce narodowej.
Projekt ten był wspierany przez Chińską Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych (41504143), Projekt rozwoju sprzętu badawczego Chińskiej Akademii Nauk (YJKYYQ20190044), Fundację Nauk Przyrodniczych prowincji Anhui (1908085 ME135) oraz Radę ds. Promocji Innowacji Młodzieży w Chińska Akademia Nauk (2016203).