多光譜成像儀

能夠同時(shí)獲取光譜特征和空間圖像信息的設(shè)備多光譜成像儀01簡要概述成像技術(shù)光譜成像基本組成性能參數(shù)目錄03050204基本信息多光譜成像儀是一種能夠同時(shí)獲取光譜特征和空間圖像信息的基本設(shè)備，是光電成像系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。多光譜成像系統(tǒng)可提供具有3至20個(gè)非連續(xù)波段的圖像，并已在農(nóng)業(yè)和食品領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。從成像原理上講，多光譜成像技術(shù)就是把入射的全波段或?qū)挷ǘ蔚墓庑盘?hào)分成若干個(gè)窄波段的光束，然后把它們分別成像在相應(yīng)的探測器上，從而獲得不同光譜波段的圖像。實(shí)際使用時(shí)，要更有效地提取目標(biāo)特征并進(jìn)行識(shí)別，探測系統(tǒng)需要有精細(xì)的光譜分辨能力，就要求把光譜分得更窄并采用多個(gè)波段，而完成這一任務(wù)的就是成像分光技術(shù)。簡要概述簡要概述常用的紅外波段都比較寬，要更有效地提取目標(biāo)特征并進(jìn)行識(shí)別，最好是把光譜分得更窄些并運(yùn)用多個(gè)光譜波段。熱像儀從單波段向雙波段和多波段發(fā)展，在景物輻射進(jìn)入探測器之前，由分光裝置按光譜波段將其分開，分別進(jìn)入不同的探測器。探測器分別輸出相應(yīng)波段景物圖像數(shù)據(jù)，同時(shí)獲得了同一景物在特定時(shí)刻各波段的圖像數(shù)據(jù)。遙感探測設(shè)備分為主動(dòng)探測和被動(dòng)探測兩類。多光譜成像儀多數(shù)屬于被動(dòng)工作，按其工作方式的不同可以分為光學(xué)成像和掃描成像兩大類。

20世紀(jì)80年代中期以后，在紅外行掃儀和多光譜掃描儀的基礎(chǔ)上又研制出一種具有掃描成像和精細(xì)分光兩種功能的新型多光譜/超光譜成像儀，可以在多個(gè)光譜波段獲取景物圖像。

“多光譜成像”、“超光譜成像”或“極光譜成像”是對(duì)不同光譜分辨力儀器的分類稱謂。“多光譜成像”指光譜分辨力λ/λ為0.1，波段數(shù)為10~50個(gè)。除極光譜成像技術(shù)尚未用于軍事遙感外，多光譜或超光譜成像系統(tǒng)已裝備偵察衛(wèi)星和偵察飛機(jī)。

基本組成基本組成不同類別的設(shè)備雖然工作方式、組成、結(jié)構(gòu)不同，但其基本組成通常包括以下幾個(gè)部分：

1、光學(xué)會(huì)聚單元。它由透鏡、反射鏡或掃描鏡等部件組成。它采集來自地面目標(biāo)和背景的輻射或反射電磁波。

2、分光單元。它把前一單元采集的混合光分解為若干較窄波段，從而實(shí)現(xiàn)多光譜探測。

3、探測與信號(hào)預(yù)處理單元。通常用做探測器材的有相機(jī)中的膠片、線列或面陣CCD、紅外焦平面陣列等光電探測器件。它實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，由敏感元分別將分光后聚焦的場景各點(diǎn)相應(yīng)波段的電磁波強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)大小的電信號(hào)。信號(hào)預(yù)處理器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、修正及其他處理后，轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)或其他形式的信號(hào)。

4、信息記錄或傳輸單元。它將經(jīng)初步處理后的圖像信息用適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)記錄下來。常用記錄介質(zhì)有膠片、磁帶、磁盤、光盤等。為了盡快得到遙感信息，對(duì)各種數(shù)字式的信號(hào)可通過傳輸單元將其從空中傳輸?shù)降孛孢M(jìn)行記錄或?qū)崟r(shí)圖像顯示。

成像技術(shù)成像技術(shù)多光譜成像技術(shù)就是把入射的全波段或?qū)挷ǘ蔚墓庑盘?hào)分成若干個(gè)窄波段的光束，然后把它們分別成像在相應(yīng)的探測器上，從而獲得不同光譜波段的圖像。實(shí)際使用時(shí)，要更有效地提取目標(biāo)特征并進(jìn)行識(shí)別，探測系統(tǒng)需要有精細(xì)的光譜分辨能力，就要求把光譜分得更窄并用對(duì)個(gè)波段，而完成這一任務(wù)的就是成像分光技術(shù)。

濾光片這是一種能從連續(xù)光譜中濾出所需波段的單層或多層介質(zhì)膜片。濾光片通過不同的光學(xué)現(xiàn)象，如選擇性吸收或反射、干涉、偏振、散射等起作用。濾光片有截止型和帶通型兩大類。

按具體的使用要求可制成不同功能的濾光片，如將可見光和紅外光分開的分色光，只允許中心波長附近很窄的波段通過的窄帶濾光片等。濾光片應(yīng)滿足以下基本要求：①濾光片的透射光譜曲線符合設(shè)計(jì)要求，并在探測器的光敏波段內(nèi)。②對(duì)需要通過的光，能量損失盡量少；對(duì)不需通過的光，最好全部被反射或吸收。③熱穩(wěn)定性、防潮性、機(jī)械強(qiáng)度等物理化學(xué)性能良好。

窄帶濾光片光譜分辨率用λ/λ的比值表示，λ是透射率為峰值波長透射率50%處的波段寬度。濾光片主要性能指標(biāo)有透過光譜帶寬、光譜帶中心波長λ0、峰值透射率、截止波長等。

以上所述為分立式濾光片，適用于一個(gè)窄波段投射到單個(gè)探測器的情況。隨著多光譜成像技術(shù)的發(fā)展，分立濾光片不能滿足系統(tǒng)的要求。性能參數(shù)性能參數(shù)反映多光譜成像儀特性的基本性能參數(shù)有以下幾個(gè)。

1）輻射分辨力輻射分辨力是指傳感器在接收入射輻射時(shí)能分辨的最小輻射度差。輻射分辨力取決于探測器的靈敏度、系統(tǒng)的信噪比和光學(xué)系統(tǒng)的效率等。輻射分辨力越高，圖像的對(duì)比度越高，對(duì)目標(biāo)的實(shí)際分辨能力就越好，尤其是處于陰影或強(qiáng)光下輻射反差小的部位的細(xì)部，更是如此。

2）光譜分辨力光譜分辨力是指傳感器的探測單元在接收地面目標(biāo)輻射光譜時(shí)能分辨的最小波長間隔。波長間隔越小光譜分辨力越高。設(shè)備的光譜分辨力依賴于系統(tǒng)分光器和探測元件，現(xiàn)代高性能的成像光譜儀的光譜分辨力做得非常高。

3）空間分辨力空間分辨力是指在遙感圖像上能記錄并能區(qū)分出來的相鄰兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)間的最小距離，表征對(duì)地面目標(biāo)細(xì)節(jié)的分辨能力。

4）時(shí)間分辨力時(shí)間分辨力是指對(duì)同一目標(biāo)相鄰兩次觀察的時(shí)間間隔,通常指衛(wèi)星遙感的情況。光譜成像光譜成像光學(xué)相機(jī)光學(xué)相機(jī)是人們最熟悉、應(yīng)用最早和歷史最長的一種遙感設(shè)備，今天仍是最常見的一種遙感儀器。它的工作波段在近紫光、可見光到近紅外(0.32um~1.3um)之間，主要受限于光學(xué)會(huì)聚單元的透鏡組和感光膠片的光譜向應(yīng)力。在透鏡組前面的帶通濾光片選擇能通過透鏡組令膠片曝光的波段。

紅外掃描儀紅外掃描儀早期是一種單波段工作的光機(jī)掃描型的成像遙感設(shè)備。20世紀(jì)50年代末美國某公司研制成單元紅外器件的掃描儀，安裝在U-2飛機(jī)上用于軍事情報(bào)偵察。70年代開始，將紅外波段分解成若干個(gè)窄波段，發(fā)展成更為先進(jìn)的多光譜掃描儀。隨著長線列和面陣的CCD固體成像器件和紅外焦平面陣列探測器的出現(xiàn)，又發(fā)展出省去復(fù)雜光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)的推帚式掃描成像儀、成像光譜儀等。

紅外掃描儀由光學(xué)會(huì)聚系統(tǒng)、光學(xué)機(jī)械掃描器、紅外探測器、信號(hào)處理器、信息記錄設(shè)備等