La telecamera iperspettrale può combinare la tecnologia di imaging con la tecnologia di rilevamento spettrale. Durante l'imaging delle caratteristiche spaziali del bersaglio, può formare più bande strette per ogni pixel spaziale per ottenere una copertura spettrale continua e diverse informazioni spettrali possono riflettere pienamente l'interno degli oggetti. differenze nella struttura fisica e nella composizione chimica. Rispetto all'imaging spaziale bidimensionale tradizionale, le telecamere iperspettrali possono acquisire contemporaneamente le informazioni spaziali e spettrali del bersaglio. Sotto una certa risoluzione spaziale, può acquisire lo spettro caratteristico continuo unico di oggetti in un ampio intervallo spettrale, che può migliorare notevolmente la precisione degli oggetti. L'identificazione e il rilevamento accurati hanno vantaggi significativi e sono ormai diventati un'importante tecnologia all'avanguardia per il telerilevamento del terreno.
Con il rapido sviluppo della tecnologia di rivestimento dei filtri, lo sviluppo di telecamere iperspettrali spettroscopiche con filtro è stato notevolmente promosso. I vantaggi della luce e delle piccole dimensioni sono diventati una parte importante dei payload di telerilevamento iperspettrale e sono stati ampiamente utilizzati nel collegamento in rete di costellazioni iperspettrali di micro-nano satelliti.
Secondo Memes Consulting, recentemente, il gruppo di ricerca di Liu Chunyu del Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics dell'Accademia cinese delle scienze ha pubblicato un rapporto su "The Development Status and Trends of Filter Spectroscopic Hyperspectral Cameras" sulla rivista "Infrared and Laser Engineering". articolo sull'argomento. Il ricercatore Liu Chunyu è principalmente impegnato nella ricerca della progettazione di sistemi ottici e della progettazione complessiva di sistemi optoelettronici.
Diagramma schematico del principio dell'imaging iperspettrale
Questa ricerca esamina principalmente le telecamere iperspettrali con filtro split e introduce i tipici payload di imaging iperspettrale spaziali con filtro split in patria e all'estero, nonché i sistemi di imaging iperspettrale con filtro split in fase di sviluppo a terra. Vengono analizzate le soluzioni tecniche, gli indicatori di prestazione e le prospettive applicative di questi sistemi e vengono esposte le caratteristiche tecniche, i vantaggi e gli svantaggi delle telecamere iperspettrali basate sul principio della spettroscopia del filtro. Infine, si prospetta la tendenza allo sviluppo delle telecamere iperspettrali per spettroscopia a filtro.
La telecamera iperspettrale della ruota del filtro utilizza la ruota del filtro come elemento di scissione della luce e ottiene immagini spettrali di diverse bande di lunghezza d'onda ruotando la ruota del filtro, completando così la scissione della luce policromatica in luce monocromatica. Il componente chiave della telecamera iperspettrale della ruota del filtro è la ruota del filtro, che può sostituire la ruota del filtro della gamma spettrale corrispondente in base alle diverse bande di osservazione. La struttura del percorso ottico è semplice e la banda spettrale può essere sostituita in modo flessibile. Con lo sviluppo della tecnologia di imaging spettrale, il numero di bande di rilevamento è in aumento e la ruota del filtro non può più soddisfare l'osservazione di ampio spettro e alta risoluzione, quindi è sempre più utilizzata nel rilevamento multispettrale.
Le telecamere iperspettrali con filtro sintonizzabile utilizzano filtri sintonizzabili come componenti spettroscopici. Secondo diversi metodi di sintonizzazione, sono principalmente suddivisi in filtri sintonizzabili a cristalli liquidi (LCTF) telecamere iperspettrali, filtri sintonizzabili acusto-ottici Acousto-Optic Tunable Filter (AOTF) telecamera iperspettrale, filtro cavità FP sintonizzabile MEMS (MEMS Tunable Fabry-Perot Cavity Filters) telecamera iperspettrale.
La telecamera iperspettrale con filtro a forma di cuneo, nota anche come telecamera iperspettrale a filtro sfumato, può ottenere un campionamento continuo nella regione spettrale e nella regione spaziale. Il suo concetto di design è quello di utilizzare un mezzo a film sottile multistrato a forma di cuneo come filtro, ed è installato nella posizione vicino al rilevatore di array bidimensionale, in modo che diversi pixel del rilevatore corrispondano a una certa banda spettrale del filtro gradiente. In base alla relazione corrispondente tra ciascuna banda di lunghezza d'onda del filtro gradiente e il pixel del rilevatore, la telecamera iperspettrale con filtro gradiente può essere suddivisa in tipo di gradiente lineare e tipo di array di filtri.
Struttura del filtro a gradiente lineare e diagramma spettrale
I punti quantici, noti anche come "nanocristalli", sono materiali inorganici con elevata stabilità intrinseca e un raggio inferiore a quello del raggio di Bohr dell'eccitone di massa. Integrando diversi tipi di punti quantici, è possibile ottenere il rilevamento simultaneo di diverse lunghezze d'onda. Lo spettrometro a punti quantici (CQD) è sviluppato sulla base di questo principio. Gli spettrometri nel concetto tradizionale sono dotati di componenti ottici e meccanici ad alta precisione, che sono ingombranti, costosi e complessi nella struttura, e i loro campi di applicazione sono gravemente limitati.
Diagramma schematico dello spettrometro a punti quantici nel vicino infrarosso
In generale, la telecamera iperspettrale spettroscopica con filtro è agli inizi e la sua risoluzione spettrale non può essere paragonata al metodo spettroscopico a dispersione reticolare ad alta precisione. La direzione generale dello sviluppo delle telecamere iperspettrali, in particolare con lo sviluppo della tecnologia di rivestimento e di nuovi materiali come i punti quantici, la risoluzione spettrale e il tasso di utilizzo dell'energia delle telecamere iperspettrali basate sul rivestimento, sono stati notevolmente migliorati e i costi di ricerca e sviluppo dovrebbero aumentare ulteriormente. Inoltre, la combinazione del filtro e del rivelatore migliorerà ulteriormente la risoluzione spettrale del sistema, che può anche essere paragonabile alla spettroscopia a dispersione reticolare ad alta precisione. Pertanto, anche la combinazione del filtro e dell'elemento rivelatore è un tipo di rivestimento. Un'importante tendenza di sviluppo nelle telecamere spettrali. Non è difficile vedere che lo sviluppo di telecamere iperspettrali di tipo filtro promuoverà lo sviluppo sovversivo nel campo dell'imaging iperspettrale, e quindi guiderà lo sviluppo della tecnologia di telerilevamento iperspettrale per i satelliti micro-nano, che saranno in orbita per la futura costellazione di satelliti iperspettrali micro-nano. Operazioni commerciali, servire meglio l'economia nazionale e gettare una base tecnica.
Questo progetto è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (41504143), dal Scientific Research Equipment Development Project dell'Accademia cinese delle scienze (YJKYYQ20190044), dalla Natural Science Foundation della provincia di Anhui (1908085 ME135) e dalla Youth Innovation Promotion Association dell'Accademia cinese delle scienze (2016203).
