Čančuņas Optikas institūts analizē filtru spektroskopijas tipa hiperspektrālo kameru attīstības statusu un tendences

Hiperspektrālās kameras var apvienot attēlveidošanas tehnoloģiju ar spektrālās noteikšanas tehnoloģiju, un, attēlojot mērķa telpiskās iezīmes, tās var veidot vairākas šauras joslas katram telpiskā attēla elementam, lai panāktu nepārtrauktu spektrālo pārklājumu, un dažādā spektrālā informācija var pilnībā atspoguļot fiziskās atšķirības. struktūra un ķīmiskais sastāvs objekta ietvaros. Salīdzinot ar tradicionālo divdimensiju telpisko attēlveidošanu, hiperspektrālās kameras var iegūt telpisko un spektrālo informāciju par mērķi. Ar noteiktu telpisko izšķirtspēju tie var sasniegt unikālas nepārtrauktas zemes iezīmju spektrālās iezīmes plašā spektrālo joslu diapazonā, kam ir būtiskas priekšrocības, lai precīzi identificētu un noteiktu zemes iezīmi. Tam ir ievērojama pielietojuma vērtība lauksaimniecībā, mežsaimniecībā, ūdenssaimniecībā, augsnē, kalnrūpniecībā un citos resursu pētījumos un vides monitoringā.

Strauji attīstoties filtru pārklājuma tehnoloģijai, ir plaši veicināta filtru spektroskopisko hiperspektrālo kameru izstrāde. Hiperspektrālās kameras, kuru pamatā ir filtra spektroskopiskais princips, ir kļuvušas par būtisku hiperspektrālās attālās uzrādes slodžu sastāvdaļu ar lielu joslas platumu, augstu telpisko izšķirtspēju, augstu spektrālo izšķirtspēju, kā arī vieglu un mazu izmēru. Tos plaši izmanto mikro-nano-satelītu hiperspektrālo zvaigznāju tīklā.

Saskaņā ar McMasters Consulting, Liu Chunyu pētniecības grupa Čančuņas Optikas un precīzās mehānikas un fizikas institūtā, Ķīnas Zinātņu akadēmijā, nesen publicēja rakstu žurnālā Infrared and Laser Engineering par tēmu "Filtra spektroskopiskās hiperspektrālās kameras statuss un tendences. attīstībai." Liu Chunyu galvenokārt nodarbojas ar optisko sistēmu projektēšanas un optoelektronisko sistēmu vispārējā dizaina izpēti.

Hiperspektrālās attēlveidošanas principa shematiskā diagramma

Šis pētījums galvenokārt apskata filtru spektroskopiskās hiperspektrālās kameras, iepazīstina ar tipiskām filtru spektroskopiskām borta hiperspektrālās attēlveidošanas lietderīgajām slodzēm gan mājās, gan ārzemēs, kā arī filtru spektroskopiskās hiperspektrālās attēlveidošanas sistēmas, kas tiek izstrādātas uz vietas, un analizē tehniskos risinājumus, veiktspējas indeksus un pielietojumu. šo sistēmu perspektīvas, kā arī izskaidro uz filtru spektroskopiskā principa balstīto hiperspektrālo kameru tehniskos parametrus, priekšrocības un trūkumus. Ir izskaidroti uz filtra spektroskopijas principa balstīto hiperspektrālo kameru tehniskie aspekti, priekšrocības un trūkumi, un visbeidzot ir paredzēta filtru spektroskopisko kameru attīstības tendence.

Filtra riteņa hiperspektrālā kamera izmanto filtra riteni kā spektrālo elementu, lai, pagriežot filtra riteni, iegūtu dažādu viļņu garumu joslu spektrālos attēlus, tādējādi pabeidzot kompleksās un monohromatiskās gaismas spektrālo atdalīšanu. Filtra riteņa hiperspektrālās kameras kritiskā sastāvdaļa ir filtra ritenis, kura filtra ritenis var aizstāt atbilstošo spektrālo diapazonu atbilstoši dažādām novērošanas joslām. Attīstoties spektrālās attēlveidošanas tehnoloģijai, palielinās noteikšanas joslu skaits, un filtra ritenis vairs nevar atbilst plašajam augstas izšķirtspējas novērošanas diapazonam, tāpēc to arvien vairāk izmanto multispektrālajā noteikšanā.

Noskaņojamo filtru hiperspektrālās kameras izmanto noskaņojamus filtrus kā spektrālos komponentus, un tās galvenokārt iedala šķidro kristālu noskaņojamo filtru (LCTF) hiperspektrālajās kamerās, akustiski optiskā noskaņojamā filtra (AOTF) hiperspektrālajās kamerās un MEMS noskaņojamās FP dobuma kamerās. MEMS noskaņojamās Fabry-Perot dobuma filtru (AOTF) hiperspektrālās kameras.

Ķīļveida filtra hiperspektrālā kamera, kas pazīstama arī kā regulējama filtra hiperspektrālā kamera, nodrošina nepārtrauktu paraugu ņemšanu spektrālajos un telpiskajos reģionos. Koncepcija ir izmantot ķīļveida daudzslāņu plānslāņa materiālu kā filtru un uzstādīt to pie divdimensiju masīva detektora, lai vairāki sensora attēla elementi atbilstu noteiktai noskaņojamā filtra spektrālajai joslai. Atkarībā no atbilstības starp gradienta filtra stieņiem un detektora attēla elementiem, gradienta filtra hiperspektrālās kameras var iedalīt lineārā gradienta un filtru masīva tipos.

Progresīvā lineārā filtra uzbūve un spektroskopija

Kvantu punkti, kas pazīstami arī kā "nanokristāli", ir neorganiski materiāli, kas ir ļoti stabili un kuru rādiuss ir mazāks par liela eksitona viļņa rādiusu. Dažādu veidu kvantu punktu integrēšana ļauj vienlaikus noteikt dažādus viļņu garumus, kas ir kvantu punktu spektrometra (CQD) izstrādes princips. Tradicionālā spektrometru koncepcija ar augstas precizitātes optiskiem un mehāniskiem komponentiem ir apjomīga, dārga, sarežģīta un ļoti ierobežota pielietojumā.

NIR kvantu punktu spektrometra principiālā diagramma

Kopumā filtra spektroskopijas tipa hiperspektrālā kamera ir sākotnējā stadijā, un tās spektrālajai izšķirtspējai joprojām ir jābūt salīdzināmai ar augstas precizitātes režģa dispersijas spektroskopijas metodi. Turklāt filtra un detektora kombinācija vēl vairāk uzlabos sistēmas spektrālo izšķirtspēju, kas var būt pat salīdzināma ar augstas precizitātes režģa dispersīvo spektroskopiju. Tāpēc filtru un detektoru plāksnīšu apvienošana ir arī nozīmīga pārklāto hiperspektrālo kameru attīstības tendence. Ir viegli redzēt, ka uz filtriem balstītu hiperspektrālo kameru attīstība izraisīs graujošu izaugsmi hiperspektrālās attēlveidošanas jomā, kas savukārt izraisīs hiperspektrālās attālās uzrādes tehnoloģijas attīstību mikro-nano-satelītiem un radīs tehniskos apstākļus. pamats turpmākai mikro-nano-hiperspektrālo satelītu konstelāciju darbībai orbītā, lai labāk kalpotu valsts ekonomikai.

Šo projektu atbalstīja Ķīnas Nacionālais dabaszinātņu fonds (41504143), Ķīnas Zinātņu akadēmijas Pētniecības iekārtu izstrādes projekts (YJKYYQ20190044), Anhui provinces Dabaszinātņu fonds (1908085 ME135) un Jaunatnes inovāciju veicināšanas padome. Ķīnas Zinātņu akadēmija (2016203).