Институтът по оптика в Чанчун анализира състоянието на развитие и тенденциите на хиперспектрални камери от тип филтърна спектроскопия

Хиперспектралните камери могат да комбинират технология за изображения с технология за спектрално откриване и докато изобразяват пространствените характеристики на целта, те могат да формират множество тесни ленти за всеки елемент на пространствено изображение, за да постигнат непрекъснато спектрално покритие, а различната спектрална информация може напълно да отразява разликите във физическите структура и химичен състав в рамките на даден елемент. В сравнение с традиционното двуизмерно пространствено изображение, хиперспектралните камери могат да придобият пространствена и спектрална информация за целта. При специфична пространствена разделителна способност те могат да постигнат уникалните непрекъснати спектрални характеристики на земните характеристики в широк диапазон от спектрални ленти, което има значителни предимства за точното идентифициране и откриване на земните характеристики. Той има значителна приложна стойност в селското, горското стопанство, водите, почвата, минното дело и други изследвания на ресурси и мониторинг на околната среда.

С бързото развитие на технологията за покритие на филтри, развитието на филтърни спектроскопични хиперспектрални камери беше широко насърчавано. Хиперспектралните камери, базирани на филтърния спектроскопичен принцип, се превърнаха в съществена част от хиперспектралните товари за дистанционно наблюдение с предимствата на широка честотна лента, висока пространствена разделителна способност, висока спектрална разделителна способност и светлина и малък размер. Те се използват широко в мрежата от микро-нано-сателитни хиперспектрални съзвездия.

Според McMasters Consulting, изследователската група на Liu Chunyu в Института по оптика и прецизна механика и физика Чанчун, Китайската академия на науките, наскоро публикува статия в списание Infrared and Laser Engineering на тема „Състояние и тенденции на филтърната спектроскопска хиперспектрална камера развитие." Liu Chunyu се занимава основно с изследване на дизайна на оптични системи и цялостния дизайн на оптоелектронни системи.

Схематична диаграма на принципа на хиперспектрално изобразяване

Това изследване основно преглежда филтърните спектроскопични хиперспектрални камери, представя типичните филтърни спектроскопични бордови хиперспектрални изображения в страната и чужбина и филтърните спектроскопични хиперспектрални системи за изображения, които се разработват на място, и анализира техническите решения, индексите на ефективност и приложението перспективите на тези системи и обяснява техническите характеристики, предимствата и недостатъците на базираните на филтър спектроскопски принцип хиперспектрални камери. Обясняват се техническите аспекти, предимствата и недостатъците на хиперспектралните камери, базирани на принципа на филтърната спектроскопия, и накрая се предвижда тенденцията на развитие на филтърните спектроскопични камери.

Хиперспектралната камера с филтърно колело използва филтърното колело като спектрален елемент за получаване на спектрални изображения на различни ленти с дължина на вълната чрез завъртане на филтърното колело, като по този начин завършва спектралното разделяне на сложна към монохроматична светлина. Критичният компонент на хиперспектрална камера с филтърно колело е филтърното колело, което филтърно колело може да замени съответния спектрален диапазон според различните ленти на наблюдение. С развитието на технологията за спектрални изображения броят на лентите за откриване се увеличава и филтърното колело вече не може да отговори на широкия диапазон на наблюдение с висока разделителна способност, така че се използва все по-често при мултиспектрално откриване.

Хиперспектралните камери с регулируеми филтри използват регулируеми филтри като спектрални компоненти и се разделят главно на хиперспектрални камери с регулируем филтър с течни кристали (LCTF), хиперспектрални камери с акустично-оптичен регулируем филтър (AOTF) и камери с регулируема FP кухина MEMS. MEMS хиперспектрални камери с регулируеми кухини на Фабри-Перо (AOTF).

Клиновидната филтърна хиперспектрална камера, известна още като регулируема филтърна хиперспектрална камера, позволява непрекъснато вземане на проби в спектрални и пространствени области. Концепцията е да се използва клиновидна многослойна тънкослойна среда като филтър и да се монтира близо до двуизмерен детектор, така че няколко елемента на изображението на сензора да съответстват на определена спектрална лента на регулируемия филтър. В зависимост от съответствието между лентите на градиентния филтър и елементите на изображението на детектора, хиперспектралните камери с градиентен филтър могат да бъдат разделени на типове линеен градиент и филтърна матрица.

Структура и спектроскопия на прогресивен линеен филтър

Квантовите точки, известни също като "нанокристали", са неорганични материали, които са много стабилни и имат радиус, по-малък от радиуса на голяма екситонна вълна. Интегрирането на различни типове квантови точки позволява едновременно откриване на различни дължини на вълните, което е принципът зад разработването на спектрометъра с квантови точки (CQD). Традиционната концепция за спектрометри с високопрецизни оптични и механични компоненти е обемиста, скъпа, сложна и силно ограничена в приложението.

Принципна диаграма на NIR спектрометър с квантови точки

Като цяло, хиперспектралната камера от тип филтърна спектроскопия е в начален етап и нейната спектрална разделителна способност все още трябва да бъде сравнима с метода на високопрецизна решетъчна дисперсионна спектроскопия. В допълнение, комбинацията от филтър и детектор допълнително ще подобри спектралната разделителна способност на системата, която дори може да бъде сравнима с високопрецизна решетъчна дисперсионна спектроскопия. Следователно, комбинирането на филтърни и детекторни пластини също е значителна тенденция за развитие на хиперспектрални камери с покритие. Лесно е да се види, че развитието на базирани на филтри хиперспектрални камери ще доведе до разрушителен растеж в областта на хиперспектралните изображения, което от своя страна ще доведе до развитието на хиперспектрална технология за дистанционно наблюдение за микро-нано-сателити и ще постави технически основа за бъдещата оперативна експлоатация на микро-нано-хиперспектрални сателитни съзвездия в орбита за по-добро обслужване на националната икономика.

Този проект беше подкрепен от Националната природонаучна фондация на Китай (41504143), Проекта за разработване на изследователско оборудване на Китайската академия на науките (YJKYYQ20190044), Природонаучната фондация на провинция Анхуей (1908085 ME135) и Съвета за насърчаване на младежките иновации на Китайската академия на науките (2016203).