O Instituto de Óptica de Changchun analisa o status de desenvolvimento e as tendências de câmeras hiperespectrais do tipo espectroscopia de filtro
Jul 05, 2023
As câmeras hiperespectrais podem combinar a tecnologia de imagem com a tecnologia de detecção espectral e, ao capturar as características espaciais de um alvo, podem formar várias bandas estreitas para cada elemento da imagem espacial para obter uma cobertura espectral contínua, e as diferentes informações espectrais podem refletir totalmente as diferenças físicas estrutura e composição química dentro de um recurso. Em comparação com imagens espaciais bidimensionais tradicionais, as câmeras hiperespectrais podem adquirir informações espaciais e espectrais sobre o alvo. Em uma resolução espacial específica, eles podem alcançar as características espectrais contínuas únicas das características do solo em uma ampla gama de bandas espectrais, o que tem vantagens significativas para identificar e detectar com precisão as características do solo. Tem um valor de aplicação considerável na agricultura, silvicultura, água, solo, mineração e outros levantamentos de recursos e monitoramento ambiental.
Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de revestimento de filtro, o desenvolvimento de câmeras hiperespectrais espectroscópicas de filtro foi amplamente promovido. As câmeras hiperespectrais baseadas no princípio espectroscópico de filtro tornaram-se uma parte essencial das cargas de sensoriamento remoto hiperespectral com as vantagens de grande largura de banda, alta resolução espacial, alta resolução espectral e tamanho leve e pequeno. Eles são amplamente utilizados na rede de constelações hiperespectrais de micro-nanossatélites.
De acordo com a McMasters Consulting, o grupo de pesquisa de Liu Chunyu no Instituto Changchun de Óptica e Mecânica de Precisão e Física, Academia Chinesa de Ciências, publicou recentemente um artigo na revista Infrared and Laser Engineering sobre o tema "Status and trends of filter spectroscopic hyperspectral camera desenvolvimento." Liu Chunyu está envolvido principalmente na pesquisa de design de sistemas ópticos e no design geral de sistemas optoeletrônicos.
Diagrama esquemático do princípio de imagem hiperespectral
Esta pesquisa analisa principalmente as câmeras hiperespectrais espectroscópicas de filtro, apresenta as típicas cargas úteis de imagem hiperespectral espectroscópica a bordo em casa e no exterior, e os sistemas de imagem hiperespectral espectroscópica de filtro em desenvolvimento no terreno e analisa as soluções técnicas, índices de desempenho e aplicação perspectivas desses sistemas e explica as características técnicas, vantagens e desvantagens das câmeras hiperespectrais baseadas em princípios espectroscópicos de filtro. Os aspectos técnicos, benefícios e desvantagens das câmeras hiperespectrais baseadas no princípio da espectroscopia de filtro são explicados e, finalmente, é prevista a tendência de desenvolvimento de câmeras espectroscópicas de filtro.
A câmera hiperespectral da roda de filtro usa a roda de filtro como elemento espectral para obter imagens espectrais de diferentes bandas de comprimento de onda girando a roda de filtro, completando assim a separação espectral de luz complexa a monocromática. O componente crítico de uma câmera hiperespectral de roda de filtro é a roda de filtro, que pode substituir a faixa espectral correspondente de acordo com as diferentes bandas de observação. Com o desenvolvimento da tecnologia de imagem espectral, o número de bandas de detecção está aumentando e a roda do filtro não pode mais atender à ampla faixa de observação de alta resolução, por isso é cada vez mais usada na detecção multiespectral.
As câmeras hiperespectrais de filtro sintonizável usam filtros sintonizáveis como componentes espectrais e são divididas principalmente em câmeras hiperespectrais de filtro de cristal líquido (LCTF), câmeras hiperespectrais de filtro óptico acústico (AOTF) e câmeras de cavidade FP sintonizáveis por MEMS. Câmeras hiperespectrais com filtros de cavidade Fabry-Perot ajustáveis por MEMS (AOTF).
A câmera hiperespectral de filtro em forma de cunha, também conhecida como câmera hiperespectral de filtro sintonizável, permite amostragem contínua em regiões espectrais e espaciais. O conceito é usar um meio de película fina multicamada em forma de cunha como filtro e montá-lo próximo a um detector de matriz bidimensional, de modo que vários elementos de imagem do sensor correspondam a uma banda espectral específica do filtro sintonizável. Dependendo da correspondência entre as barras do filtro de gradiente e os elementos de imagem do detector, as câmeras hiperespectrais com filtro de gradiente podem ser divididas em gradiente linear e tipos de matriz de filtro.
Estrutura e espectroscopia de um filtro linear progressivo
Pontos quânticos, também conhecidos como "nanocristais", são materiais inorgânicos altamente estáveis e têm um raio menor que o raio de uma grande onda de exciton. A integração de diferentes tipos de pontos quânticos permite a detecção simultânea de diferentes comprimentos de onda, que é o princípio por trás do desenvolvimento do espectrômetro de pontos quânticos (CQD). O conceito tradicional de espectrômetros com componentes ópticos e mecânicos de alta precisão é volumoso, caro, complexo e severamente limitado em sua aplicação.
Diagrama de princípios do espectrômetro de pontos quânticos NIR
Em geral, a câmera hiperespectral do tipo espectroscopia de filtro está em seu estágio inicial e sua resolução espectral ainda precisa ser comparável ao método de espectroscopia de dispersão de grade de alta precisão. Além disso, a combinação de filtro e detector melhorará ainda mais a resolução espectral do sistema, que pode até ser comparável à espectroscopia dispersiva de grade de alta precisão. Portanto, combinar wafers de filtro e detector também é uma tendência de desenvolvimento significativa de câmeras hiperespectrais revestidas. É fácil ver que o desenvolvimento de câmeras hiperespectrais baseadas em filtros impulsionará um crescimento disruptivo no campo da imagem hiperespectral, o que, por sua vez, causará o desenvolvimento da tecnologia de sensoriamento remoto hiperespectral para micro-nanossatélites e lançará as bases técnicas base para a futura operação operacional de constelações de satélites micro-nano-hiperespectrais em órbita para melhor servir a economia nacional.
Este projeto foi apoiado pela National Natural Science Foundation of China (41504143), pelo Research Equipment Development Project da Chinese Academy of Sciences (YJKYYQ20190044), pela Natural Science Foundation of Anhui Province (1908085 ME135) e pelo Youth Innovation Promotion Council of a Academia Chinesa de Ciências (2016203).