1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室，吉林 长春 130033
宽谱段高光谱相机能够更为全面地记录目标的光谱信息，是目前高光谱相机所追求的主要方向之一。然而，宽谱段势必会带来系统的色差和二级光谱过大的问题，从而对成像质量造成影响。因此，基于Buchdahl矢量色散分析方法，提出了一种基于线性渐变滤光片的宽谱段高光谱相机光学系统。该系统为一款焦距为100 mm、F数为5、视场角为14.2°且光谱范围在400~1000 nm内的像方远心透射式光学系统。基于该系统的高光谱相机可在500 km轨道处获得空间分辨率为21.5 m、光谱分辨率为10 nm、幅宽为125 km的图像。像质评价及公差分析结果表明，系统具有良好的成像质量并能够满足加工和装调的要求。传递函数测试结果表明，系统符合实际应用需求。
光学系统设计 高光谱相机 复消色差 宽谱段 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0922002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学 大珩学院，北京 100049
高光谱相机可将成像技术与光谱探测技术相结合，在对目标空间特征成像的同时，可以对每个空间像元形成多个窄波段实现连续的光谱覆盖，不同光谱信息能充分反映地物内部的物理结构、化学成分的差异。与传统的空间二维成像相比，高光谱相机可以同时获取目标的空间和光谱信息，在一定的空间分辨率下，能够获取宽谱段范围内地物独有的连续特征光谱，对地物的精准识别和探测具有显著优势，目前已成为对地遥感重要的前沿技术手段，在农、林、水、土、矿等资源调查与环境监测等领域具有重要的应用价值。随着滤光片镀膜技术的飞速发展，极大地促进了滤光片分光型高光谱相机的研制，目前基于滤光片分光原理的高光谱相机以大幅宽、高空间分辨率、高光谱分辨率和轻小型的优势成为高光谱遥感载荷的重要组成部分，在微纳卫星高光谱星座组网中获得广泛应用。主要对滤光片分光型的高光谱相机进行了综述，介绍了国内外典型滤光片分光型星载高光谱成像载荷，以及地面在研的滤光片分光型高光谱成像系统，并分析了这些系统的技术方案、性能指标及应用前景，阐述了基于滤光片分光原理的高光谱相机的技术特点和优缺点，最后展望了滤光片分光型高光谱相机的发展趋势。
遥感 遥感载荷 高光谱相机 滤光片分光 高分辨率 remote sensing remote sensing payload hyperspectral camera filter splitting high resolution 红外与激光工程
2022, 51(1): 20210981
1 中国海洋大学信息科学与工程学院, 山东 青岛 266100
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对海面溢油厚度的探测需求,通过模拟海面环境,采用快照式高光谱相机对不同厚度油膜的反射光谱进行探测;首先根据快照式高光谱相机获得的高光谱图像,计算得到了不同厚度油膜的反射光谱;然后采用小波变换对反射光谱进行分析,再利用Coif5小波基进行离散小波变换得到第9层重构信号的细节系数,用其反映油膜厚度的差异。油膜厚度和细节系数具有良好的线性关系,据此可准确识别大范围溢油事故中不同位置油膜的厚度。快照式高光谱探测方式极大地提高了溢油分析的效率,对溢油灾害的快速发现和实时监测具有参考价值。
光谱学 快照式高光谱相机 溢油探测 小波分析 细节系数 光学学报
2020, 40(17): 1730001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室，吉林 长春 130033
3 中国科学院大学，北京 100049
针对某高光谱相机选择系留气球作为飞行平台的使用要求，设计了一台钢丝绳传动两轴稳定平台，对系留气球在方位和俯仰方向的姿态变化进行角度补偿。稳定平台的方位和俯仰传动机构均 采用钢丝绳传动，方位轴和俯仰轴的连续驱动力矩分别为93.6 N?m和117 N?m，两轴的最高转速分别为25 (°)/s和20 (°)/s。对稳定平台进行了实验室测试，测试结果表明：稳定平台的传动精 度为5 μrad，传动误差不大于0.7%，方位轴和俯仰轴的开环控制伺服带宽分别为15 Hz和35 Hz，正弦跟踪精度均方根误差值分别为0.004 5和0.004 3。然后进行了外场飞行试验，稳定平台安装在 系留气球底部，俯仰框架上安装35 kg的高光谱相机进行空中对地观测，飞行试验中获取稳定平台陀螺稳定数据，得到方位轴和俯仰轴的稳定精度分别为38.83 μrad(RMS)和37.26 μrad，满足高光 谱相机稳定成像的指标要求。
航空成像 高光谱相机 稳定平台 钢丝绳传动 稳定精度 系留气球 aviation imaging hyperspectral camera stable platform cable drive stability accuracy tethered balloon
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于稀疏约束的鬼成像光谱相机, 能够通过单次曝光获得目标场景的三维空间光谱数据立方体。但是由于不同波长的散斑场在探测器的同一位置处, 使得仪器的光谱分辨率和信噪比受到限制。为了解决上述问题, 提出了利用平场光栅分光将不同波长的光场在探测面上错开一定距离的系统, 实现了基于平场光栅的稀疏约束鬼成像高光谱相机。通过对系统成像过程的理论推导, 得到了系统的关联函数, 并通过实验和数值模拟验证了理论推导结果。在保证原先光谱相机优点的同时, 基于稀疏约束的鬼成像高光谱相机可以分别调控光谱分辨率和空间分辨率, 实现可控的信噪比。此外, 还能够根据不同波长的光场特性来优化测量矩阵, 从而提高图像恢复质量。
成像系统 关联成像 高光谱相机 平场光栅 分辨率
目前高光谱成像技术正往轻量化、小型化、低功耗的方向发展,同时轻小型化的高光谱产品具有巨大商业价值。CMOS探测器的较高集成度能大大简化外围电路设计,能使高光谱成像系统获得轻量化、小型化、低功耗等技术优势。基于CMOS的性能特点,分析CMOS用于轻小型成像光谱仪的技术路线,然后结合几个典型的产品阐述CMOS光谱探测技术的发展现状,最后讨论CMOS在高光谱成像领域的应用前景及趋势。
高光谱成像 CMOS探测器 光谱仪 轻小型 灵敏度 hyperspectral imaging CMOS detector hyperspectral camera light and small sensitivity
1 首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室, 北京 100048
2 中国地震局地震预测研究所, 北京 100036
3 北京航空航天大学机械及自动化学院, 北京 100083
4 清华大学电子工程系, 北京 100084
针对转扫式光谱成像系统在数据采集过程中, 由于转台转速过快造成校正后的影像存在有数据漏洞, 以及获取的原始影像数据存在有严重几何形变, 影响影像上地物信息的分类与识别等问题, 介绍了转扫式光谱成像系统的组成并给出数据采集一般过程, 根据数据采集时单帧影像的覆盖范围和系统采集影像的速率等信息, 在数据采集时对转台速度进行控制;结合影像获取时的起始与终止角度以及传感器距离前视点的距离等信息, 详细推导了转扫式光谱成像空间定位模型, 并对定位后影像进行格网划分和光谱重采样, 给出了影像畸变校正的一般流程;鉴于影像空间定位后相邻帧间影像空间分辨率不一致, 同时为保证获取最大的影像分辨率, 采用最小空间采样间隔作为坐标定位后影像格网划分单元;考虑到新生成均匀格网与不均匀格网叠加进行光谱取值时, 采用直接光谱采样可能造成的光谱混叠失真问题, 提出了基于位置分布的光谱精确采样方法, 以张家界老司城获取的高光谱影像数据为例进行畸变的校正, 校正后影像上地物保持了原有的几何特征, 验证了算法的正确性, 同时抽取不同地物点的光谱数据进行相关系数计算, 结果表明改进的光谱采样算法优于直接光谱采样, 为同类产品的地面应用提供参考。
高光谱相机 转扫 几何校正 老司城遗址 Hyperspectral camera Rotating scan Geometric correction Lao Si Cheng ruin
1 首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室, 北京 100048
2 中国地震局地震预测研究所, 北京 100036
3 北京航空航天大学机械及自动化学院, 北京 100083
4 清华大学电子工程系, 北京 100084
以移动平台的线推扫式高光谱相机横向推扫成像不同于以卫星平台或飞机平台的竖直摄影成像方式, 其属于水平方向推扫竖直方向成像, 存在投影面选择、 空间方位确定以及光顾混叠等问题。 针对上述情况, 详细推导了适合于线阵高光谱相机地面推扫的影像像素地理参考模型, 可以进行任意方向的地面横向推扫成像; 结合影像的地面采样间隔大小及推扫成像的区域范围, 给出了地理参考后影像格网划分的一般过程; 同时, 考虑到在影像格网划分过程中存在的舍入误差, 以及在影像校正过程中采用传统直接光谱采样可能造成的光谱掺杂问题, 提出了基于地理参考后相邻像素重叠面积作为权重系数进行加权融合的改进光谱采样方法。 最后进行了大量地面横向推扫成像实验, 并依据上述算法进行了影像畸变校正, 验证了线阵影像几何畸变校正算法的有效性及鲁棒性, 同时, 对校正好后的影像选用多个样本点进行了光谱数据验证, 实验表明改进后的光谱采样方法明显优于直接光谱采样算法, 为同类产品的地面应用提供参考。
光谱采样 高光谱相机 横向推扫成像 Spectral sampling Hyperspectral camera Side-scan imaging 光谱学与光谱分析
2014, 34(7): 1983
