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基于LCTF调谐的高光谱成像系统设计

李辉 | -> | 1693| 6| 457.261MB |液晶可调谐滤光片,CCD,高光谱遥感

李辉 李辉 | 文档量 |浏览量13747

摘 要 提出一种新的轻小型高光谱成像系统, 将液晶可调谐滤光片LCTF 应用于高光谱成像技术, 用电
调谐的LCTF 代替传统的机械滤光片转轮, 在可见2近红外波段上可快速地实现波长的任意调谐。系统由光学镜头、LCTF 和CCD 探测器组成。文章首先详细描述了系统结构、光学设计及其工作原理; 再利用该成像系统, 以飞艇为平台进行了野外试验, 获取了高光谱立体图像, 所获取的图像有较高的空间分辨率和光谱分辨率; 文章给出16 个波段中546~600 nm 的局部图像数据, 最后对图像进行初步的数据处理, 推导出地物420~720 nm 的光谱反射率。试验验证了该成像系统的高光谱数据成像获取能力, 成像数据可应用于光谱分析。
    高光谱遥感是当前遥感的前沿技术, 其光谱分辨率高达纳米数量级, 通过高光谱成像所获取的图像, 在获取地表空间二维图像的同时还能得到每个地物的连续丰富的光谱维信息, 形成了一种独特的三维图像, 具有波段多, 光谱分辨率高的优点。研究表明许多地物的吸收特性的半宽为20~40
nm , 只有采用足够高的光谱分辨率才能区分出那些具有诊断性光谱特性的地物[1 ] 。针对不同地物的不同光谱特征, 利用高光谱图像可有效地区分和识别地物, 因而被广泛地应用于国土资源、生态、环境监测和城市遥感[226 ]中。
    高光谱立体图像的获取, 目前主要有色散型, 干涉型和滤光片型等几种方式。色散型成像光谱技术将入射光经棱镜或光栅色散, 由成像系统将狭缝按波长成像在探测器的不同位置上; 干涉型成像光谱技术是利用像素辐射的干涉图与其光谱图之间的Fourier 变换关系获取每个像素的光谱分布。色散型和干涉型成像光谱技术都是通过推扫或摆扫得到三维的目标信息, 因此对平台的稳定性要求高。由于采用了分光技术, 能量分散, 因此通常是牺牲空间分辨率来获取较高的光谱分辨率且体积重量功耗大。滤光片型成像方式是在相机前置一组滤光片, 滤光片采用机械转轮; 这种方法必须多次循环转轮来获取一组窄带宽的光谱图像, 耗时较长, 波段数量受限, 空间分辨率高而光谱分辨率低。因此发展新的成像遥感设备就显得十分迫切。文中提出一种高光谱成像系统,用电调谐的液晶可调谐滤光片LCTF (liquid crystal tunablefilter) 代替机械滤光片转轮, 可快速实现波段调谐, 有较高的空间分辨率和光谱分辨率, 相对于传统的滤光片, 体积功耗小, 重量轻, 在画幅式成像的同时保留了较高的光谱分辨率, 对平台的稳定性要求小, 能满足某些特定应用需求。
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