Institut Optik Changchun Menganalisis Status Pembangunan Dan Trend Kamera Hiperspektral jenis Spektroskopi Penapis
Jul 05, 2023
Kamera hiperspektral boleh menggabungkan teknologi pengimejan dengan teknologi pengesanan spektrum, dan semasa pengimejan ciri spatial sasaran, mereka boleh membentuk berbilang jalur sempit untuk setiap elemen imej spatial untuk mencapai liputan spektrum berterusan, dan maklumat spektrum yang berbeza dapat mencerminkan sepenuhnya perbezaan dalam fizikal. struktur dan komposisi kimia dalam sesuatu ciri. Berbanding dengan pengimejan spatial dua dimensi tradisional, kamera hiperspektral boleh memperoleh maklumat spatial dan spektrum mengenai sasaran. Pada resolusi spatial tertentu, mereka boleh mencapai ciri spektrum berterusan unik bagi ciri tanah dalam pelbagai jalur spektrum, yang mempunyai kelebihan ketara untuk mengenal pasti dan mengesan ciri tanah dengan tepat. Ia mempunyai nilai aplikasi yang besar dalam pertanian, perhutanan, air, tanah, perlombongan, dan tinjauan sumber lain serta pemantauan alam sekitar.
Dengan perkembangan pesat teknologi salutan penapis, pembangunan kamera hiperspektral spektroskopi penapis telah dipromosikan secara meluas. Kamera hiperspektral berdasarkan prinsip spektroskopi penapis telah menjadi bahagian penting dalam beban penderiaan jauh hiperspektral dengan kelebihan lebar jalur yang besar, resolusi spatial tinggi, resolusi spektrum tinggi, dan saiz ringan dan kecil. Ia digunakan secara meluas dalam rangkaian buruj hiperspektral mikro-nano-satelit.
Menurut McMasters Consulting, kumpulan penyelidikan Liu Chunyu di Institut Optik dan Ketepatan Mekanik dan Fizik Changchun, Akademi Sains China, baru-baru ini menerbitkan artikel dalam jurnal Kejuruteraan Inframerah dan Laser mengenai topik "Status dan trend kamera hiperspektral spektroskopi penapis pembangunan." Liu Chunyu terlibat terutamanya dalam penyelidikan reka bentuk sistem optik dan reka bentuk keseluruhan sistem optoelektronik.
Gambar rajah skema prinsip pengimejan hiperspektral
Penyelidikan ini terutamanya mengkaji semula kamera hiperspektral spektroskopi penapis, memperkenalkan muatan pengimejan hiperspektral spektroskopik biasa di dalam dan luar negara, dan sistem pengimejan hiperspektral spektroskopi penapis yang sedang dibangunkan di lapangan, dan menganalisis penyelesaian teknikal, indeks prestasi dan aplikasi. prospek sistem ini, dan menerangkan ciri teknikal, kelebihan dan keburukan kamera hiperspektral berasaskan prinsip spektroskopi penapis. Aspek teknikal, faedah dan kelemahan kamera hiperspektral berdasarkan prinsip spektroskopi penapis dijelaskan, dan akhirnya, trend pembangunan kamera spektroskopi penapis diramalkan.
Kamera hiperspektral roda penapis menggunakan roda penapis sebagai elemen spektrum untuk mendapatkan imej spektrum jalur panjang gelombang yang berbeza dengan memutar roda penapis, sekali gus melengkapkan pemisahan spektrum cahaya kompleks kepada monokromatik. Komponen kritikal kamera hiperspektral roda penapis ialah roda penapis, yang mana roda penapis boleh menggantikan julat spektrum yang sepadan mengikut jalur pemerhatian yang berbeza. Dengan perkembangan teknologi pengimejan spektrum, bilangan jalur pengesanan semakin meningkat, dan roda penapis tidak lagi dapat memenuhi pelbagai pemerhatian resolusi tinggi, jadi ia semakin digunakan dalam pengesanan berbilang spektrum.
Kamera hiperspektral penapis boleh tala menggunakan penapis boleh tala sebagai komponen spektrum dan kebanyakannya dibahagikan kepada kamera hiperspektral Penapis Kristal Cecair (LCTF), kamera hiperspektral Penapis Metala Optik (AOTF) Acousto-Optic dan kamera rongga FP boleh tala MEMS. Kamera hiperspektral Fabry-Perot Cavity Filters (AOTF) MEMS.
Kamera hiperspektral penapis berbentuk baji, juga dikenali sebagai kamera hiperspektral penapis boleh tala, membolehkan pensampelan berterusan di kawasan spektrum dan ruang. Konsepnya ialah menggunakan medium filem nipis berbilang lapisan berbentuk baji sebagai penapis dan melekapkannya berhampiran pengesan tatasusunan dua dimensi supaya beberapa elemen imej penderia sepadan dengan jalur spektrum tertentu penapis boleh tala. Bergantung pada korespondensi antara bar penapis kecerunan dan elemen imej pengesan, kamera hiperspektral penapis kecerunan boleh dibahagikan kepada kecerunan linear dan jenis tatasusunan penapis.
Struktur dan spektroskopi penapis linear progresif
Titik kuantum, juga dikenali sebagai "nanocrystals," ialah bahan bukan organik yang sangat stabil dan mempunyai jejari lebih kecil daripada jejari gelombang pengujaan besar. Mengintegrasikan pelbagai jenis titik kuantum membolehkan pengesanan serentak panjang gelombang yang berbeza, yang merupakan prinsip di sebalik pembangunan spektrometer titik kuantum (CQD). Konsep tradisional spektrometer dengan komponen optik dan mekanikal berketepatan tinggi adalah besar, mahal, kompleks, dan sangat terhad dalam aplikasi.
Gambar rajah prinsip spektrometer titik kuantum NIR
Secara amnya, kamera hiperspektral jenis spektroskopi penapis berada di peringkat awalnya, dan resolusi spektrumnya masih perlu setanding dengan kaedah spektroskopi penyebaran grating berketepatan tinggi. Di samping itu, gabungan penapis dan pengesan akan meningkatkan lagi resolusi spektrum sistem, yang bahkan boleh setanding dengan spektroskopi penyebaran grating berketepatan tinggi. Oleh itu, menggabungkan wafer penapis dan pengesan juga merupakan trend pembangunan penting bagi kamera hiperspektral bersalut. Adalah mudah untuk melihat bahawa pembangunan kamera hiperspektral berasaskan penapis akan memacu pertumbuhan yang mengganggu dalam bidang pengimejan hiperspektral, yang seterusnya akan menyebabkan pembangunan teknologi penderiaan jauh hiperspektral untuk satelit mikro-nano dan meletakkan teknikal asas untuk operasi operasi masa depan buruj satelit mikro-nano-hiperspektral di orbit untuk memberi perkhidmatan yang lebih baik kepada ekonomi negara.
Projek ini disokong oleh Yayasan Sains Semula Jadi Kebangsaan China (41504143), Projek Pembangunan Peralatan Penyelidikan Akademi Sains China (YJKYYQ20190044), Yayasan Sains Semula Jadi Wilayah Anhui (1908085 ME135), dan Majlis Penggalakan Inovasi Belia Akademi Sains China (2016203).