Changchun Institute Of Optics analyzuje stav vývoja a trendy hyperspektrálnych kamier typu filtrovej spektroskopie

Hyperspektrálne kamery môžu kombinovať zobrazovaciu technológiu s technológiou spektrálnej detekcie a pri zobrazovaní priestorových vlastností cieľa môžu vytvárať viacero úzkych pásiem pre každý prvok priestorového obrazu na dosiahnutie nepretržitého spektrálneho pokrytia a rôzne spektrálne informácie môžu plne odrážať rozdiely vo fyzickom štruktúru a chemické zloženie v rámci prvku. V porovnaní s tradičným dvojrozmerným priestorovým zobrazovaním môžu hyperspektrálne kamery získavať priestorové a spektrálne informácie o cieli. Pri špecifickom priestorovom rozlíšení môžu dosiahnuť jedinečné spojité spektrálne vlastnosti pozemných prvkov v širokom rozsahu spektrálnych pásiem, čo má významné výhody pre presnú identifikáciu a detekciu pozemných prvkov. Má značnú aplikačnú hodnotu v poľnohospodárstve, lesníctve, vodárenstve, pôde, baníctve a iných prieskumoch zdrojov a monitorovaní životného prostredia.

S rýchlym vývojom technológie poťahovania filtrov sa výrazne podporuje vývoj filtračných spektroskopických hyperspektrálnych kamier. Hyperspektrálne kamery založené na filtračnom spektroskopickom princípe sa stali nevyhnutnou súčasťou hyperspektrálnych záťaží diaľkového snímania s výhodami veľkej šírky pásma, vysokého priestorového rozlíšenia, vysokého spektrálneho rozlíšenia, svetla a malých rozmerov. Sú široko používané v sieti mikro-nano-satelitných hyperspektrálnych konštelácií.

Podľa McMasters Consulting, výskumná skupina Liu Chunyu v Changchunskom inštitúte optiky a presnej mechaniky a fyziky Čínskej akadémie vied nedávno publikovala článok v časopise Infrared and Laser Engineering na tému „Stav a trendy filtračnej spektroskopickej hyperspektrálnej kamery rozvoj“. Liu Chunyu sa zaoberá najmä výskumom dizajnu optických systémov a celkovým dizajnom optoelektronických systémov.

Schematický diagram princípu hyperspektrálneho zobrazovania

Tento výskum skúma hlavne filtračné spektroskopické hyperspektrálne kamery, predstavuje typické filtračné spektroskopické palubné hyperspektrálne zobrazovacie zaťaženia doma a v zahraničí a filtračné spektroskopické hyperspektrálne zobrazovacie systémy vo vývoji na zemi a analyzuje technické riešenia, výkonnostné indexy a aplikácie. perspektívy týchto systémov a vysvetľuje technické charakteristiky, výhody a nevýhody hyperspektrálnych kamier založených na princípe filtračnej spektroskopie. Vysvetlené sú technické aspekty, výhody a nevýhody hyperspektrálnych kamier založených na princípe filtračnej spektroskopie a nakoniec je predpovedaný trend vývoja filtrových spektroskopických kamier.

Hyperspektrálna kamera s filtrovým kolesom využíva filtrové koleso ako spektrálny prvok na získanie spektrálnych obrazov rôznych pásiem vlnových dĺžok otáčaním filtračného kolesa, čím sa dokončí spektrálna separácia komplexného svetla na monochromatické. Kritickým komponentom hyperspektrálnej kamery s filtrovým kolesom je filtračné koleso, ktoré môže nahradiť zodpovedajúci spektrálny rozsah podľa rôznych pozorovacích pásiem. S rozvojom technológie spektrálneho zobrazovania narastá počet detekčných pásiem a filtračné koleso už nedokáže vyhovieť širokému spektru pozorovania s vysokým rozlíšením, preto sa čoraz viac používa pri multispektrálnej detekcii.

Hyperspektrálne kamery s laditeľným filtrom používajú laditeľné filtre ako spektrálne komponenty a delia sa hlavne na hyperspektrálne kamery s laditeľným filtrom tekutých kryštálov (LCTF), hyperspektrálne kamery s akusticko-optickým laditeľným filtrom (AOTF) a FP kavitové kamery s laditeľným MEMS. Hyperspektrálne kamery MEMS laditeľné Fabry-Perot Cavity Filters (AOTF).

Hyperspektrálna kamera s klinovým filtrom, tiež známa ako hyperspektrálna kamera s laditeľným filtrom, umožňuje nepretržité vzorkovanie v spektrálnych a priestorových oblastiach. Koncept je použiť klinovité viacvrstvové tenkovrstvové médium ako filter a namontovať ho v blízkosti dvojrozmerného detektora poľa tak, aby niekoľko obrazových prvkov snímača zodpovedalo konkrétnemu spektrálnemu pásmu laditeľného filtra. V závislosti od korešpondencie medzi pruhmi gradientového filtra a obrazovými prvkami detektora možno hyperspektrálne kamery s gradientovým filtrom rozdeliť na typy s lineárnym gradientom a filtrové pole.

Štruktúra a spektroskopia progresívneho lineárneho filtra

Kvantové bodky, tiež známe ako „nanokryštály“, sú anorganické materiály, ktoré sú vysoko stabilné a majú polomer menší ako polomer veľkej excitónovej vlny. Integrácia rôznych typov kvantových bodov umožňuje súčasnú detekciu rôznych vlnových dĺžok, čo je princíp vývoja kvantového bodového spektrometra (CQD). Tradičná koncepcia spektrometrov s vysoko presnými optickými a mechanickými komponentmi je objemná, drahá, zložitá a jej použitie je značne obmedzené.

Schéma princípu NIR kvantového bodového spektrometra

Vo všeobecnosti je hyperspektrálna kamera typu filtračnej spektroskopie v počiatočnom štádiu a jej spektrálne rozlíšenie musí byť stále porovnateľné s metódou vysoko presnej mriežkovej disperznej spektroskopie. Okrem toho kombinácia filtra a detektora ešte viac zlepší spektrálne rozlíšenie systému, ktoré môže byť dokonca porovnateľné s vysoko presnou mriežkovou disperznou spektroskopiou. Preto je aj kombinácia filtračných a detektorových plátkov významným vývojovým trendom potiahnutých hyperspektrálnych kamier. Je ľahké vidieť, že vývoj hyperspektrálnych kamier na báze filtrov bude viesť k rušivému rastu v oblasti hyperspektrálneho zobrazovania, čo následne spôsobí vývoj technológie hyperspektrálneho diaľkového snímania pre mikro-nano-satelity a položí technické základ pre budúcu prevádzkovú prevádzku mikro-nano-hyperspektrálnych satelitných konštelácií na obežnej dráhe, aby lepšie slúžili národnému hospodárstvu.

Tento projekt podporili Národná nadácia pre prírodné vedy v Číne (41504143), Projekt vývoja výskumného zariadenia Čínskej akadémie vied (YJKYYQ20190044), Nadácia pre prírodné vedy v provincii Anhui (1908085 ME135) a Rada na podporu inovácií mládeže Čínska akadémia vied (2016203).