SWIR成像光谱仪
1000-2450nm SWIR 成像光谱仪
核心优势
全反射镀金镜面光学系统；
F/2.2 大通光孔径
高效率凸面光栅
消除梯形失真和曲线弯曲
宽波谱范围
杰出的光谱/空间分辨率
理想的弱照明、弱信号环境下的应用
结构紧凑、宽视场角
非常高的信噪比
低散射或者杂散光水平
稳定和耐用的坚固设计
高性价比，多种标准镜头选配
成像光谱仪指标参数：
选配镜头参数
光谱成像技术的分类
光谱成像技术的分类 光谱成像技术，有时又称成像光谱技术，融合了光谱技术和成像技术，交叉涵盖了光谱学、光学、计算机技术、电子技术和精密机械等多种学科，能够同时获得目标的两维空间信息和一维光谱信息。 光谱成像技术发展到今天，出现的光谱成像仪的种类和数量己经具有较大规模，因而可以从光谱分辨率、信息获取方式（扫描方式）、分光原理和重构理论等不同的视角对光谱成像技术进行分类。 1基于光谱分辨率分类 光谱成像技术针对光谱分辨能力的不同，可分为多光谱(Multi-spectral)，高光谱(Hyper- spectral)以及超光谱(Ultra-spectral)。多光谱的谱段数一般只有几十个，高光谱的谱段数可达到几百个，而超光谱一般指谱段数上千个。它们的区别如表1所示。 表1多、高、超光谱的比较 分类分辨 率 通道数光谱典型例子 多光谱（Multi-spectral）10-1λ 量级 5—30ETM+ ASTER 高光谱（Hyper-spectral）10-2λ 量级 100— 200 AVIRIS 超光谱（Ultra-spectral）10-3λ 量级 1000— 10000 GIFTS
2 基于信息获取方式分类 光谱成像仪需要对三维“数据立方”进行探测，而现今的探测器最多能进行二维探测。要想获得完整的三维数据，理论上至少需增加一维的空间扫描或光谱扫描。光谱成像技术获取图谱信息的主要方式有：挥扫式(Whiskbroom )、推扫式(Pushbroom)、凝视式(Staring)以及快照式(Snapshot)。 挥扫式成像光谱仪的光谱成像系统只对空间中某点进行光谱探测，通过沿轨和穿轨两个方向扫描获取完整的二维空间信息，其信息获取方式如图1a所示。AVIRIS就是通过挥扫成像[1]。 推扫式光谱成像系统探测空间中一维线视场(图1b中的X方向)的光谱，通过沿轨方向(Y方向)扫描实现二维空间信息的获取，芬兰国立技术研究中心实验室研制的AISA就是典型的推扫式成像光谱仪[2]。 凝视式光谱成像系统可对固定窗口目标成像，采用滤光的方式分离并获取不同波段的图像信息，再将不同波段的图像堆叠成“数据立方”。如图1c中所示，该类成像光谱仪实际上是采用光谱维扫描的方式实现图谱“数据立方”的获取。 图1 典型的光谱成像过程：a挥扫式；b推扫式；c凝视式；d快照式 快照式是一种新兴的图谱信息获取方式，它不需扫描便可获取三维图谱信息。快照式光谱成像技术实现方式主要有三种：一种是视场分割三维成像的方式，利用玻璃堆进视场分割，再利用分光器件将三维信息展开到二维平面进行面探测
成像光谱仪及其应用概述
成像光谱仪简介及其应用概述 成像光谱仪：将成像技术和光谱技术结合在一起，在探测物体空间特征的同时并对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为10nm左右的连续光谱覆盖。它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像。在陆地、大气、海洋等领域的研究观测中有广泛的应用。 成像光谱仪–概述 成像光谱仪是20世纪80年代开始在多光谱遥感成像技术的基础上发展起来的，它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像，在航空、航天器上进行陆地、大气、海洋等观测中有广泛的应用，高成像光谱仪可以应用在地物精确分类、地物识别、地物特征信息的提取。建立目标的高光谱遥感信息处理和定量化分析模型后，可提高高光谱数据处理的自动化和智能化水平.。由于成像光谱仪高光谱分辨率的巨大优势，在空间对地观测的同时获取众多连续波段的地物光谱图像，达到从空间直接识别地球表面物质的目的，成为遥感领域的一大热点，正在成为当代空间对地观测的主要技术手段。地面上采用成像光谱仪也取得了很大的成果，如科学研究、工农林业环境保护等方面。 成像光谱仪主要性能参数是：（1）噪声等效反射率差（NE?p），体现为信噪比（SNR）；（2）瞬时视场角（IFOV），体现为地面分辨率；（3）光谱分辨率，直观地表现为波段多少和波段谱宽。 高光谱分辨率遥感信息分析处理，集中于光谱维上进行图象信息的展开和定量分析，其图象处理模式的关键技术有：⑴超多维光谱图象信息的显示，如图像立方体（见图一）的生成；⑵光谱重建，即成像光谱数据的定标、定量化和大气纠正模型与算法，依此实现成像光谱信息的图象-光谱转换；⑶光谱编码，尤其指光谱吸收位置、深度、对称性等光谱特征参数的算法；⑷基于光谱数据库的地物光谱匹配识别算法； ⑸混合光谱分解模型；⑹基于光谱模型的地表生物物理化学过程与参数的识别和反演算法。 高光谱分辨率成像光谱遥感起源于地质矿物识别填图研究，逐渐扩展为植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大气的研究中。 成像光谱仪的基本原理
光谱分析系统定标操作指南解析
光谱分析系统定标操作指南 1.打开WY直流电源和光谱仪电源，预热15分钟，启动 PMS-50/80PLUS软件。 2.在PMS-50/80软件主界面“测试”菜单“系统设置”中的“通讯 选项”对话框里设置相应通讯端口，选择任意一种“测试模式”。 3.把负载线连接在积分球上的“1”“2”接线柱和WY电源输出端之 间（WY305电压电流调至最小位置即逆时针方向调节电压和电流旋钮发出响声） 4.安装标准灯，调节灯杆位置使灯泡处于挡光班的中心高度，以确 保标准灯发出的光线不直射光度探测器和光纤。 5.关闭积分球，在“测试”菜单中或工具栏中选择“光通量定标”， 点击“关灯校零”进行光度校零。 6.校零成功后，手动调节WY电源（也可以在软件中的WY系列功 能中输入标准灯的标定电流和参考电压（输入的电压数值比标识的参考电压高1-2伏以把线路上的压降考虑进去），使其输出电流至标准灯标定电流值并处于稳流状态，等待5分钟以上待发光稳定，进行光通量定标，并“存盘推出”。 7.在“测试”菜单中或工具栏中点击“光谱定标”，进行色温定标， 完毕后“存盘退出”。 8.在PMS-50/80软件主页界面“测试”菜单“系统设置”中的“通 讯选项”对话框里选择另一种“测试模式”。 9.在“测试”菜单中或工具栏中点击“光谱定标”进行色温定标，
完毕后“存盘退出”。 10.把标准灯当做被测光源，在“测试”菜单中或工具栏中点击”电光 源测试“开始测试，测试结束验证测试色温和光通量是否正确：（要求色温偏差在±15K以内，光通量偏差在±1%以内）符合进行11步，如不符合关灯后重新5-10步的操作。 11.把WY电源的输出调至最小，以熄灭标准灯，等标准灯冷却后， 取下放入灯盒。 12.关闭WY电源，取下负载线接至机柜后的负载接线柱，至此完成 定标，即可以正常的测试操作了。 注：早期的PMS-50（即测试时间为2-3分钟的机型不需要8、9两步的操作）！
光栅光谱仪实验报告
光栅光谱仪的使用 学号 2015212822 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学（通信基础科学） 所在系（院）理学院 2017 年 3 月 14 日
光栅光谱仪的使用 张家梁 1实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理。 2. 学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1.光栅光谱仪 光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上，因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上，衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转，从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围，确保衍射光无级次重叠，可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。 光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和CCCD 等多种，经过光栅衍射后，到达出射狭缝的光强一般都比较弱，因此本仪器采用光电倍增管和CCD 来接收出射光。 2.光探测器 光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。
CCD 是电荷耦合器件的简称，是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件，在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线，因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅 在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（Φ=90°）光栅衍射的一般特性。当入射角Φ=90°时，衍射强度公式为 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝衍射因子共同决定，只不过此时 当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时，衍射角θ取＋号，异侧时取－号。单缝衍射中央主极大的条件是u=0，即sinΦ=-sinθ或Φ=θ。将此条件代入到多缝干涉因子中，恰好满足v ＝0，即0 级干涉大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0 级大位置是重合的（图9.1a），光栅衍射强度大的峰是个波长均不发生散射的0 级衍射峰，没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。 为了提高信噪比，可以采用锯齿型的反射光栅（又称闪耀光栅）。闪耀光栅的锯齿相当
高光谱成像国内外研究与应用
前言 随着科学技术的发展，人们的感官得到了延伸，认识事物的能力也不断的提高，其中光谱成像和雷达成像成为其中的佼佼者，高谱和图像使人们能够在大千世界更好的认识到事物。高光谱成像技术作为一项优点显著，实用的成像技术，从20世纪80年代开始得到了世界各国的重视，经过深入的研究和发展如今已经被广泛地应用于各个领域。 高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域,它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命,它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质,在高光谱遥感中能被探测。 高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，其中最突出的应用是在遥感探测领域，并在民用领域有着更大的应用前景。 本文通过分析介绍高光谱图像的成像原理，探讨了高光谱图像在国内外发展现状及其应用。
1.高光谱图像成像原理及特点 1.1高光谱遥感基本概念 高光谱遥感是通过高光谱传感器探测物体反射的电磁波而获得地物目标的空间和频谱数据，成立于20世纪初期的测谱学就是它的基础。高光谱遥感的出现使得许多使用宽波段无法探查到的物体，更加容易被探测到，所以高光谱遥感的出现时成功的是革命性的。 1.2高光谱图像成像原理 光源相机（成像光谱仪+ccd）装备有图像采集卡的计算机是高光谱成像技术的硬件组成，其光谱的覆盖范围为200-400nm，400-1000nm，900-1700nm，1000-2500nm。其中光谱相机的主要组成部分为准直镜，光栅光谱仪，聚焦透镜以及面阵ccd。 其扫描过程是当ccd探测器在光学焦面的垂直方向上做横向扫描（x），当横向的平行光垂直入射到投身光栅是就形成了光栅光谱，这是象元经过高光谱仪在ccd上得出的数据，它的横向式x方向上的像素点也就是扫描的象元，它的总想是各象元对应的信息。在检测系统输送前进是排列的他测器完成纵向扫面（y）。综合扫描信息即可得到物体的三围高光谱数据。 1.3高光谱遥感的特点 （1）波段多且宽度窄能够使得高光谱遥感探测到别的宽波段无法探测到的物体。 （2）光谱响应范围更广和光谱分辨率高使得它能够更加精细的发硬出被探测物的微小特征。 （3）它可以提供空间域和光谱域信息也就是“谱像合一”。 （4）数据量大和信息冗余多，由于高光谱数据的波段多，其数据量大，而且和相邻波段的相关性比较高就使得信息冗余度增加很多。 （5）高光谱遥感的数据描述模型多能够分析的更灵活。经常使用的3种模型有：图像，光谱和特征模型。 1.4高光谱的优势 随着高光谱成像的光谱分辨率的提高，其探测能力也有所增强。因此，与全色和多光谱成像相比较，高光谱成像有以下显著优著: (1)有着近似连续的地物光谱信息。高光谱影像在经过光谱反射率重建后，能获取与被探测物近似的连续的光谱反射率曲线，与它的实测值相匹配，将实验室中被探测物光谱分析模型应用到成像过程中。 (2)对于地表覆盖的探测和识别能力极大提高。高光谱数据能够探测具有诊断性光谱
光谱仪
光谱仪 光谱仪，又称分光仪，广泛为认知的为直读光谱仪。以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置。其构造由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和一个或多个出射狭缝组成。以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上（或扫描某一波段）进行强度测定。分为单色仪和多色仪两种。 根据现代光谱仪器的工作原理，光谱仪可以分为两大类:经典光谱仪和新型光谱仪.经典光谱仪器是建立在空间色散原理上的仪器;新型光谱仪器是建立在调制原理上的仪器.经典光谱仪器都是狭缝光谱仪器.调制光谱仪是非空间分光的，它采用圆孔进光. 根据色散组件的分光原理，光谱仪器可分为:棱镜光谱仪，衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪.光学多道分析仪OMA(OpticalMulti-channelAnalyzer)是近十几年出现的采用光子探测器(CCD)和计算机控制的新型光谱分析仪器，它集信息采集，处理， 存储诸功能于一体.由于OMA不再使用感光乳胶，避免和省去了暗室处理以及之后的一系列繁琐处理，测量工作，使传统的光谱技术发生了根本的改变，大大改善了工作条件，提高了工作效率;使用OMA分析光谱，测量准确迅速，方便，且灵敏度高，响应时间快，光谱分辨率高，测量结果可立即从显示屏上读出或由打印机，绘图仪输出。它己被广泛使用于几乎所有的光谱测量，分析及研究工作中，
特别适应于对微弱信号，瞬变信号的检测. 一台典型的光谱仪主要由一个光学平台和一个检测系统组成。包括以下几个主要部分： 1.入射狭缝: 在入射光的照射下形成光谱仪成像系统的物点。 2.准直元件: 使狭缝发出的光线变为平行光。该准直元件可以是一独立的透镜、反射镜、或直接集成在色散元件上，如凹面光栅光谱仪中的凹面光栅。 3.色散元件: 通常采用光栅，使光信号在空间上按波长分散成为多条光束。 4.聚焦元件: 聚焦色散后的光束，使其在焦平面上形成一系列入射狭缝的像，其中每一像点对应于一特定波长。 5.探测器阵列：放置于焦平面，用于测量各波长像点的光强度。该探测器阵列可以是CCD阵列或其它种类的光探测器阵列。 光谱仪应用很广，在农业、天文、汽车、生物、化学、镀膜、色度计量、环境检测、薄膜工业、食品、印刷、造纸、喇曼光谱、半导体工业、成分检测、颜色混合及匹配、生物医学应用、荧光测量、宝石成分检测、氧浓度传感器、真空室镀膜过程监控、薄膜厚度测量、LED测量、发射光谱测量、紫外/可见吸收光谱测量、颜色测量等领域应用广泛。
基于Offner结构分视场成像光谱仪光学设计
第!!卷! 第"期!!!!!!!!!!!!光谱学与光谱分析#$%&!!!'$&"!(( )),)-)),=)*+!年"月!!!!!!!!!!!!.(/012$30$(4567.(/0125%865%43938:; :31!)*+!!基于"::425结构分视场成像光谱仪光学设计 吴从均+ ) 颜昌翔+" 刘!伟+ 代!虎+ )+<中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学一部!吉林长春!+!**!! )<中国科学院大学!北京! +***J I 摘!要!为满足航天应用中仪器小型和轻量化)大视场的观测要求!通过分析现有C R R 6/2成像光谱仪!给出了一种简单的采用凸面光栅设计成像光谱仪的方法"并据此方法设计了一应用于J **^P 高度!波段范围为*&J " +*P !焦距为,)*P P !E 数为L !全视场大小为J &!V 的分视场成像光谱仪系统"分视场采用光纤将望远系统的细长像面连接到光谱仪的三个不同狭缝而实现"三狭缝光谱面共用一个像元数为+*)J c +*)J !像元大小+"*Pc +"*P 的B B E 探测器"通过g H S 8N 软件优化和公差分析后!系统在)"%(+P P \+处S ?>优于*&=)!光谱分辨率优于L 6P !地面分辨率小于+*P !能很好的满足大视场应用要求!该光学系统 刈幅宽度相当于国内已研制成功的同类最好仪器的三倍"关键词!C R R 6/2 %成像光谱仪%分视场%光学设计中图分类号 C J !!!!文献标识码 8!!!%"& +*&!I =J K &9336&+***-*L I ! )*+! *"-)),)-*L !收稿日期 )*+)-++-)+ 修订日期 )*+!-*)-+=!基金项目 国家# "=!计划$项目#)*++88+)8+*!$资助!作者简介 吴从均!+I "=年生!中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博士研究生!!/-P 59%&Q :0$6;K :6,"I ! +=!<0$P "通讯联系人!!/-P 59%&4560j ! 09$P (<50<06引!言 !!星载超光谱成像仪按地面像元分辨率分为中分辨率和高 分辨率!中分辨率超光谱成像仪地面分辨率为数百米至数千 米量级!高分辨率超光谱成像仪为数十米量级' +("目前制约星载成像光谱仪发展的主要是探测器和分光方式!国内星载设备探测器一般都通过国外购买!价格昂贵!而且购买的渠道越来越窄%分光方式上!光栅和棱镜作为传统的分光元件!各自存在一定的缺点"傅里叶变换光谱仪虽然是一种比较理想的成像光谱仪形式!但环境要求非常高!往往信噪比并不是很高%基于8C ?>)T B ?> )波带片等二元光学元件和折衍射系统组合的分光在星载应用中相对还不成熟')!!("传 统光谱仪系统包括准直和成像系统!一些独特结构的光谱仪系统采用汇聚光路!这种方法在很大程度上都采用了准直和成像对称形式!C R R 6/2结构就是一种对称严格的结构形式"C R R 6/2光栅成像光谱仪在)*世纪I *年代初就已经被提 出了!随着光栅制造水平的提高!其结构简单)利于小型化 的突出优势逐渐被放大!已经在应用中崭露头角'J ("文献 'L !=(分别从如何消除像散等离轴像差上分析了C R R 6/2成像 光谱仪的设计方法!文献',(给出了在汇聚光路中和在发散光路中分别采用光栅和曲面棱镜设计成像光谱仪的光学系统 并比较了两者的优缺点!程欣等' "(采用在汇聚光路中加入>p 24棱镜作为分光元件设计了光谱范围在* &J ")&L *P 的成像光谱仪"一些相关文献中还对C R R 6/2成像光谱仪的机械结构设计'I ()图像数据压缩)装调方法'+*(和杂散光'++(的分 析研究" 分视场成像光谱仪#3:Z -R 9/%79P 5;96;3(/012$P /1/2!.>@. $能有效增大地面刈副宽度!利用视场分割思想!将望远镜宽线视场分割)折叠成窄线视场阵列!通过一个光谱仪进行分光!充分发挥面阵探测器的优势!各窄线视场的光谱图像数据按序首尾相连!便得到了宽线视场情况下的高分辨率超光谱成像数据"早期的宽视场大部分采用视场分离器分 别进入不同光谱仪系统' +)(!这种情况下光谱仪必须根据视场分离的结果置很多台!而且体积大"本方法大大减小了仪器的体积和重量" +!C R R 6/2光谱仪的设计方法!!对于C R R 6/2结构的数值分析设计在文献'L !=(中给出了详细的设计过程!而且这些结构都是通过离轴形式对其进行分析!过程极为繁琐"下面从同轴结构出发进行分析!可以很快得到这种初始结构"'('!确定凸面光栅的曲率半径
成像光谱技术简介
成像光谱技术 1.成像光谱技术发展简述 光谱技术是指利用光与物质的相互作用研究分子结构及动态特性的学科，即通过获取光的发射、吸收与散射信息可获得与样品相关的化学信息，成像技术则是获取目标的影像信息，研究目标的空间特性信息。这两个独立的学科在各自的领域里已有数百年的发展历史，但是知道上个世纪六十年代，遥感技术兴起，空间探测和地表探测一时成为科学界研究的热点，人们希望得到的不单纯是目标的影响信息或者目标的光谱信息，而是同时得到影像信息和光谱信息，这一需求极大的导致了成像技术和光谱技术的结合，催生出了成像光谱技术。 所谓光谱成像技术，其本质是充分利用了物质对不同电磁波谱的吸收或辐射特性，在普通的二维空间成像的基础上，增加了一维的光谱信息。由于地物物质组成的不同，其对应的光谱之间存在差异（即指纹效应），从而可以利用地物目标的光谱进行识别和分类。光谱成像技术可以在电磁波段的紫外、可见光、近红外和中红外区域，获取许多窄并且光谱连续的图像数据，为每个像元提供一条完整并且连续的光谱曲线。 图1 成像光谱技术示意图 图1.1就是成像光谱技术的示意图，成像光谱仪得到一个三维的数据立方体，从每个空间象元都可以提取一条连续的光谱曲线，通过谱线的特征分析，继而用于后续的测探等目的。 2.成像光谱仪的分类 成像光谱仪是成像光谱技术发展的必然产物，是可以同时获取影像信息与像元的光谱信息的光学传感器，是成像光谱技术得以实现的实物载体，根据不同的分类标准可以进行多种分类，主要有以下几种： (1)根据成像光谱仪的光谱分辨率不同，可以分为多光谱成像仪
(Multispectral Imager, MSI)，高光谱成像仪(Hyperspectral Imager, HSI)，超光谱成像仪(Hyperspectral Imager, USI)。 多光谱成像仪：获得的目标物的波段在3~12之间，光谱分辨率一般在 100nm左右，主要用于地带分类等方面。 高光谱成像仪：获得的目标物的波段在100~200之间，光谱分辨率在10nm 左右，被广泛用于遥感中。 超光谱成像仪：获得的目标物的波段在1000~10000之间，光谱分辨率在 1nm以下，通常用于大气微粒探测等精细探测领域。 (2)按照分光原理的不同可以分为棱镜色散型、光栅衍射型、滤光片型、干涉 型以及计算层析型。 棱镜色散型和光栅衍射型分别是利用棱镜的色散和光栅的衍射来获取目标物的光谱，这两类光谱仪都是直接型光谱仪，即可以直接得到目标物的光谱曲线，具有原理简单和性能稳定等优点。 滤光片型光谱仪是采用相机加滤光片的方案，分光元件为滤光片，有多种形式，有线性滤光片、旋转滤光片等。这种光谱仪也是一种间接成像光谱仪，需要调制才能获得整个数据立方体 干涉型光谱仪是采用干涉仪实现两束相干光的干涉，从而获得目标物的干涉图。该类型的光谱仪其采集到干涉图和最终需要反演得到光谱图之间存在傅里叶变换关系，故其也称傅里叶变换光谱仪。 (3)按照扫描方式不同，成像光谱技术可分为挥扫式(Whiskbroom)、推扫式(Pushbroom)和凝视(Staring)成像光谱仪。 挥扫视：主要利用扫描镜，将空间信息按照一定的顺序输入，再由光谱仪对各点进行光谱分光，这类光谱仪的探测器一般为线阵。 推扫式：采用一个垂直于运动方向的面阵探测器，先将扫描成像于光谱仪的狭缝上，在通过运动获得另一维的光谱数据。 凝视型：无需探测器的运动，在任意时刻即可获取目标的二维空间信息以及一维光谱信息。 此外，还有多种分类方法，比如按照数据称重理论和调制方式以及搭载平台的不同等等。 3.成像光谱技术的应用 成像光谱技术应用方向可以分为两大类：军用和民用。在军用方面，由于成像光谱仪特别是高光谱成像仪具有在光谱上区分地物类型的能力，因此它在地物的精细分类、目标检测和变化检测上体现出较强的优势，成为一种重要的战场侦察手段。早在20世纪末，美国军方就有实验表明高光谱图像可以分辨出
航天成像光谱仪CHRIS辐射与光谱性能评价
中国科学E辑技术科学 2006, 36(增刊): 85~93 85 航天成像光谱仪CHRIS辐射 与光谱性能评价* 张霞**张兵胡方超童庆禧 (中国科学院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室, 北京 100101) 摘要 CHRIS是欧空局于2001年10月成功发射的PROBA卫星上搭载的探索性高光谱遥感器, 它共有5种可选择的作业模式, 在可见光到近红外(0.4~1.05 μm)范围, 最多可以获取62个波段. 文中采用基于图像自身的大气校正方法(模型法ACORN和经验法), 在图像上选取最具代表性的植被和土壤光谱, 对CHRIS 这一新型的航天成像光谱仪进行了光谱与辐射性能评价. 计算显示, ACORN校正得到的玉米反射率在498~750 nm波长区间能够较好地表征植被的反射率光谱特征(如红边特征), 尤其是在对气溶胶敏感的蓝光部分比经验方法更有优势, 但是在750 nm之后就有很大偏差, 表明CHRIS在750 nm之后的波段存在光谱定标误差; 土壤光谱反射率在800 nm之后有递减的误差趋势, 表明CHRIS在部分波长区间还不能满足模型法大气校正的要求; ACORN反演得到的水汽含量分布图上存在的竖条纹, 则表明CHRIS的辐射定标性能的不足. CHRIS仪器作为欧空局第一个真正意义上的航天高光谱遥感器在光谱和辐射性能上仍有待改善. 关键词CHRIS高光谱定标性能大气自校正 为更好地理解地表的方向性反射特性, 欧空局(ESA)于2001年10月22日发射了PROBA-1(PROject for On Board Autonomy 1)小卫星, PROBA应用了星上自治示范技术, 适用于小区域的科学和应用任务[1]. 其上搭载有多角度紧密型高分辨率成像光谱仪CHRIS, 该光谱仪由Sira 技术公司研制, 可提供5个角度(0, ±36°, ±55°)的高光谱反射率数据, 从而为大气、陆地和海洋的二向性反射(BRDF)研究提供了宝贵的数据. 但是在CHRIS服务于科学应用之前, 有必要对其性能, 收稿日期: 2005-11-16; 接受日期: 2006-04-10 *国家自然科学基金项目(批准号: 40271085)和国家重点基础研究发展规划项目(批准号: 2002CB412506)资助 ** E-mail: zx_0101@https://www.360docs.net/doc/6f17808976.html,
我国高光谱遥感的发展历程
我国高光谱遥感的发展历程 遥感对地观测要解决的两个重要问题，一是几何问题，二是物理问题。前者正是摄影测量的目标，后者则要回答观测的对象是什么？这就是遥感问题。图像和光谱是人们在纷繁的大千世界中认识事物，以至识别所要寻求的对象最重要的两种依据。图像为解决地物少儿英语剑桥少儿英语的几何问题提供了基础，光谱往往反映了地物所特有的物理性状。现代遥感技术的发展，使得地物的成像范围不仅延伸到人们不可见的紫外和红外波长区，而且可以在人们需要的任何波段独立成像或连续成像。高光谱遥感的光谱分辨率高于百分之一波长达到纳米(nm)数量级，其光谱通道数多达数十甚至数百。高光谱或成像光谱技术就是将由物质成分决定的地物光谱与反映地物存在格局的空间影像有机地结合起来，对空间影像的每一个像素都可赋予对它本身具有特征的光谱信息。遥感影像和光谱的合一英语培训英语培训学校，实现了人们认识论中逻辑思维和形象思维的统一，大大提高了人们对客观世界的认知能力，为人们观测地物、认识世界提供了一种犀利手段，这无疑是遥感技术发展历程中的一项重大创新。 20多年来，高光谱遥感已发展成一个颇具特色的前沿技术，并孕育形成了一门成像光谱学的新兴学科门类。它的出现和发展将人们通过遥感技术观测和认识事物的能力带入了又一次飞跃，续写和完善了光学遥感从全色经多光谱到高光谱的全部影像信息链。由于高光谱遥感影像提供了更为丰富的地球表面信息，因此受到国内外学者的很大关注，并有了快速发展地物光谱仪荧光光谱仪。其应用领域已涵盖地球科学的各个方面，在地质找矿和制图、大气和环境监测、农业和森林调查、海洋生物和物理研究等领域发挥着越来越重要的作用。 1983年，世界第一台成像光谱仪AIS－1在美国研制成功，并在矿物填图、植被生化特征等研究方面取得了成功，初显了高光谱遥感的魅力。在此后，许多国家先后研制了多种类型的航空成像光谱仪。如美国的A VIRIS、DAIS，加拿大的FLI、CASI，德国的ROSIS，澳大利亚的HyMap等。 在经过航空试验和成功运行应用之后，90年代末期终于迎来了高光谱遥感的航天发展。1999年美国地球观测计划（EOS）的Terra综合平台上的中分辨率成像光谱仪（MODIS）、号称新千年计划第一星的EO-1，欧洲环境卫星（ENVISA T）上的MERIS，以及欧洲的CHRIS卫星相继升空，宣告了航天高光谱时代的来临。 上世纪80年代初、中期，在国家科技攻关项目和863计划的支持下，我国亦开展了高光谱成像技术的独立发展计划。我国高光谱仪的发展，经历了从多波段到成像光谱扫描，从光学机械扫描到面阵推扫的发展过程。根据我国海洋环境监测和森林探火的需求，研制发展了以红外和紫外波段以及以中波和长波红外为主体的航空专用扫描仪。80年代中期紫外光谱仪超声波测厚仪，面向地质矿产资源勘探，又研制了工作在短波红外光谱区间（2.0－2.5 mm）的6—8波段细分红外光谱扫描仪（FIMS）和工作波段在8－12mm 光谱范围的航空热红外多光谱扫描仪（ATIMS）。在此基础上于80年代后期又研制和发展了新型模块化航空成像光谱仪（MAIS）。这一成像光谱系统在可见—近红外—短波红外具有64波段，并可与6-8波段的热红外多光谱扫描仪集成使用，从而使其总波段达到70—72个。这一系列高光谱仪器的研制成功，为中国遥感科学家提供了新的技术手段。通过在我国西部干旱环境下的地质找矿试验，证明这一技术对各种矿物的识别以及矿化蚀变带的制图十分有利，成为地质研究和填图的有效工具。 此后，中国又自行研制了更为先进的推帚式成像光谱仪（PHI）和实用型模块化成像光谱仪（OMIS）等，并在国内外得到多次应用，成为世界航空成像光谱仪大家庭中的一员。PHI成像光谱仪在可见到近红外光谱区具有244个波段，其光谱分辨率优于5nm；OMIS则具有更宽泛的光谱范围，如OMIS-1具有128波段，其中可见—近红外光谱区（0.46—1.1μm）32波段，短波红外区（1.06—1.70μm及2.0—2.5μm）48
【CN110057449A】基于视场分光高光谱探测的空中目标高度和速度计算方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910354155.8 (22)申请日 2019.04.29 (71)申请人 上海卫星工程研究所 地址 201109 上海市闵行区元江路3666号 (72)发明人 张波 周爱明 舒锐 杜冬 王凯 唐琪佳 曹亮 秦雷 谢少彪 (74)专利代理机构 上海航天局专利中心 31107 代理人 余岢 (51)Int.Cl. G01J 3/28(2006.01) (54)发明名称基于视场分光高光谱探测的空中目标高度和速度计算方法(57)摘要本发明涉及一种基于视场分光高光谱成像探测的空中动目标的高度及速度计算方法，包括：对同一场景下的不同视场的多台光谱仪成像探测数据进行预处理；对不同光谱仪的成像探测数据分别进行动目标检测，确定动目标在探测图像中的位置；计算不同光谱仪探测到的目标投影在大地坐标系下X、Y方向的位置差、成像时间差以及相应时刻目标投影处成像视轴的方位角、俯仰角；计算得到目标的高度；计算得到目标速度及航向。本发明利用了不同视场的多台光谱仪对同一动目标的成像关系求解动目标的高度和速度值，解决了准确实施高光谱探测数据大气校正所需要的动目标高度、动目标状态准确描述所需的速度的问题，有利于获得更为准确的空中动目 标光谱特征。权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 110057449 A 2019.07.26 C N 110057449 A
权 利 要 求 书1/1页CN 110057449 A 1.一种基于视场分光高光谱探测的空中目标高度和速度计算方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，对同一场景下不同视场的多台光谱仪探测成像数据进行预处理； 步骤2，对多台光谱仪的探测成像数据进行目标检测，并确定动目标投影在图像中的位置； 步骤3，计算多台光谱仪探测到的目标投影在大地坐标系下X、Y方向的位置差、成像时间差以及成像时目标投影处视轴的方位角、俯仰角； 步骤4，计算得到空中动目标的高度； 步骤5，计算得到空中动目标的速度及航向。 2.如权利要求1的基于视场分光高光谱探测的空中目标高度和速度计算方法，其特征在于，大地坐标系下X、Y方向的位置差可以通过先计算目标投影在大地坐标系下的坐标，再进行直接坐标相减的方法得到。 3.如权利要求1的基于视场分光高光谱探测的空中目标高度和速度计算方法，其特征在于，大地坐标系下X、Y方向的位置差还可以先对不同视场的多台光谱仪探测图像进行图像配准，得到不同动目标投影在大地坐标系统X、Y方向的像元差，再乘以探测图像的空间分辨率得到。 4.如权利要求1的基于视场分光高光谱探测的空中目标高度和速度计算方法，其特征在于，所述动目标高度和速度的计算方法也适用于同一仪器或设备对目标的多次成像场景的目标高度计算。 2
光谱仪的发展历史与现状
光谱仪的发展历史与现状 【摘要】光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质量控制等方面发挥了重要作用。本文主要从光谱仪原理、光谱仪基本特性、发展历程、重要发明（UVS、AAS）以及未来展望等几个方面进行简要的阐述。 【关键词】光谱仪原理、基本特性、发展历程、UVS、AAS 1.光谱仪基本原理 光谱仪器是进行光谱研究和物质结构分析，利用光学色散原理及现代先进电子技术设计的光电仪器。它的基本作用是测量被研究光（所研究物质反射、吸收、散射或受激发的荧光等）的光谱特性，包括波长、强度等谱线特征[1]。因此，光谱仪器应具有以下功能： （1）分光：把被研究光按一定波长或波数的发布规律在一定空间分开。（2）感光：将光信号转换成易于测量的电信号，相应测量出各波长光的强度，得到光能量按波长的发布规律。 （3）绘谱线图：把分开的光波及其强度按波长或波数的发布规律记录保存或显示对应光谱图。 要具备上述功能，一般光谱仪器都可分成四部分组成:光源和照明系统，分光系统，探测接收系统和传输存储显示系统。 根据光谱仪器的工作原理可以分成两大类：一类是基于空间色散和干涉分光的经典光谱仪；另一类是基于调制原理分光的新型光谱仪。
经典光谱仪结构图 光源和照明系统可以是研究的对象，也可以作为研究的工具照射被研究的物质。一般来说，在研究物质的发射光谱如气体火焰、交直流电弧以及电火花等激发试样时，光源就是研究的对象；而在研究吸收光谱、拉曼光谱或荧光光谱时，光源则作为照明工具（如汞灯、红外干燥灯、乌灯、氙灯、LED、激光器等等）。为了尽可能多地会聚光源照射的光强度，并传递给后面的分光系统，就需要专门设计照明系统[2]。 分光系统是任何光谱仪的核心部分，它一般是由准直系统、色散系统、成像系统三部分组成，主要作用是将照射来的光在一定空间按照一定波长规律分开。如图2-1所示，准直系统一般由入射狭缝和准直物镜组成，入射狭缝位于准直物镜的焦平面上。光源和照明系统发出的光通过狭缝照射到准直物镜，变成平行光束投射到色散系统上。色散系统的作用是将入射的单束复合光分解为多束单色光。多束单色光经过成像物镜按照波长的顺序成像在透镜焦平面上；这样，单束的复合光经过分光系统后成功变成了多束单色光的像。目前主要的色散系统主要有物质色散（如棱镜）、多缝衍射（如光栅）和多光束干涉（如干涉仪）探测接收系统的作用是将成像系统焦平面上接收的光谱能量转换成易于测量的电信号，并测量出对应光谱组成部分的波长和强度，从而获得被研究物质的特性参数如物质的组成成分及其含量以及物质的温度、星体的运动速度等等。目前光谱仪器的接收系统可以分为目视系统、摄谱系统和光电系统。经典光谱仪器根据设计需要可以选择其中一种，但干涉调制光谱仪器只能采用光电接收系统。 传输存储显示系统是将探测接收系统测量出来的电信号经过初步处理后存储或通过高速传输接口上传给上位机，在上位机上对光谱数据进行进一步数据处理及显示等。 2.光谱仪基本特性 光谱仪器的基本特性主要包括：工作光谱围、色散率、分辨率、光强度以及工作效率等五个方面。 （1）工作光谱围 指使用光谱仪器所能记录的光谱围。它主要决定于仪器中光学零件的光谱透
长波红外高光谱成像系统的设计与实现_袁立银
第40卷第2期红外与激光工程2011年2月Vol.40No.2Infrared and Laser Engineering Feb.2011长波红外高光谱成像系统的设计与实现 袁立银1，林颖1，何志平1，徐卫明1，张滢清2，舒嵘1，王建宇1 （1.中国科学院上海技术物理研究所，上海200083；2.上海太阳能工程技术研究中心，上海200241） 摘要：针对长波红外高光谱系统背景辐射强以及信噪比低的特点，设计了能有效抑制背景辐射的长波红外精细分光光谱成像系统。利用杂散辐射分析软件，对系统进行了背景辐射分析，包括全波段各辐射面源对背景辐射的贡献分量、各光学通道的背景辐射、机械内壁吸收率对背景辐射的影响、以及光机内壁温度对背景辐射的影响。主要通过制冷光机系统的温度、抛光亮化处理光谱仪的内部表面，降低系统的背景辐射。搭建了一套地面实验装置，该系统光谱范围为7.7~9.3μm，光谱分辨率为54nm，空间分辨为0.75mrad，推扫式成像。整机的测试结果表明，系统的光谱分辨率(SRF)达到了预先设计的要求值，低温150K时，系统的噪声等效温差NETD接近300mK。 关键词：光谱成像系统；长波红外；高光谱；背景辐射 中图分类号：TN744.1文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)02-0181-05 Design and realization of an long-wave infrared hyperspectral imaging system Yuan Liyin1,Lin Ying1,He Zhiping1,Xu Weiming1,Zhang Yingqing2,Shu Rong1, Wang Jianyu1 (1.Shanghai Institute of Technical Physics,Chinese Academy of Science,Shanghai200083,China; 2.Shanghai Solar Energy Research Center,Shanghai200241,China) Abstract:In view of the strong background radiation and the low signal noise rate of the long-wave hyperspectral imaging spectrometer,an infrared spectral imaging system which could restrain the background radiation was designed.The background radiation was analyzed by the TacePro software.The analysis include composition of the background radiation(within the whole spectral range),relative background radiation of each channel,background radiation as different mechanism inwall surfaces absorbance,and background radiation at different temperature of machine inwall.The background radiation was mainly suppressed by cooling opto-mechanic system and polishing inwall surface.A ground-based experimental device was established,whose spectral range was from7.7to9.3μm,spectral resolution was54nm,spatial resolution was0.75mrad and scanning way was push broom.Measurement of the whole instrument presents that spectral resolution(SRF)of the system reaches the designed value and NETD is less than300mK as the inwall surfaces of opto-mechanic is at150K. Key words:imaging spectrometer system;long-wave infrared;hyperspectral;background radiation 收稿日期：2010-05-10；修订日期：2010-06-05 基金项目：国家863计划资助项目（2007AA12Z104）；福建省青年科技人才创新项目（2007F3066） 作者简介：袁立银（1981-），女，博士后，研究方向为红外系统设计及应用技术研究。Email:yuanliyintongji@https://www.360docs.net/doc/6f17808976.html, 导师简介：王建宇（1959-），男，研究员，研究方向为光电遥感系统、信息获取与处理技术。Email:jywang@https://www.360docs.net/doc/6f17808976.html,
中、长波热红外双谱段非制冷型成像设备及其探测方法的制作方法
图片简介: 本技术介绍了一种中、长波热红外双谱段非制冷型成像装置及其探测方法，主要用于探测高温事件，系统包括第一凹面反射镜、凸面反射镜、第二凹面反射镜、空气狭缝、凹球面反射镜、凸球面光栅和非制冷探测器；凸球面光栅为双闪耀光栅；中长波红外光束平行入射至第一凹面反射镜上，依次经过第一凹面反射镜、凸面反射镜和第二凹面反射镜的反射进入空气狭缝，之后经凹球面反射镜的第一次反射后会聚至凸球面光栅并分光，获得发散光束，发散光束返回至凹球面反射镜并经凹球面反射镜第二次反射，成像于焦平面上，非制冷探测器设置在焦平面上，光谱仪结构紧凑、成本低，目标信号能够被有效提取。 技术要求 1.一种中、长波热红外双谱段非制冷型成像装置，其特征在于，包括第一凹面反射镜、凸面反射镜、第二凹面反射镜、空气狭缝、凹球面反射镜、凸球面光栅和非制冷探测器； 所述凸球面光栅为双闪耀光栅，其能够在中波红外波段和长波红外波段分别闪耀； 所述凹球面反射镜和凸球面光栅同光轴，所述空气狭缝和非制冷探测器偏离光轴； 中长波红外光束平行入射至所述第一凹面反射镜上，之后依次经过第一凹面反射镜、凸面反射镜和第二凹面反射镜的反射进入空气狭缝，之后经凹球面反射镜的第一次反射后会聚至凸球面光栅并分光，获得发散光束，所述发散光束返回至所述凹球面反射镜并经凹球面反射镜第二次反射，成像于焦平面上，所述非制冷探测器设置在焦平面上。 2.如权利要求1所述的中、长波热红外双谱段非制冷型成像装置，其特征在于，所述第一凹面反射镜、凸面反射镜、第二凹面反射镜、凹球面反射镜和凸球面光栅的材料相同。 3.如权利要求1所述的中、长波热红外双谱段非制冷型成像装置，其特征在于，所述凸球面光栅为直线槽刻划光栅或曲线槽全息光栅。 4.如权利要求1所述的中、长波热红外双谱段非制冷型成像装置，其特征在于，所述成像光谱仪系统F数范围为1.5～10。 5.如权利要求1所述的中、长波热红外双谱段非制冷型成像装置，其特征在于，所述第一凹面反射镜和第二凹面反射镜为二次非球面。 6.如权利要求1所述的中、长波热红外双谱段非制冷型成像装置，其特征在于，所述成像光谱仪无中心遮拦。 7.如权利要求1所述的中、长波热红外双谱段非制冷型成像装置，其特征在于，还包括固定光学元件的机械结构件，所述光学元件包括第一凹面反射镜、凸面反射镜、第二凹面反射镜、空气狭缝、凹球面反射镜和凸球面光栅，所述机械结构件与光学元件的材料相同。 8.如权利要求1所述的中、长波热红外双谱段非制冷型成像装置，其特征在于，所述机械结构件的表面镀金。 9.如权利要求1所述的中、长波热红外双谱段非制冷型成像装置，其特征在于，还包括反射型遮光罩，所述反射型遮光罩为Stavroudis型遮光罩，所述反射型遮光罩位于第一凹面反射镜的物空间以抑制视场外杂散光。 10.一种中、长波热红外双谱段非制冷型成像装置的探测方法，基于权利要求1-9任一项所述的非制冷型成像装置，其特征在于,在所述空气狭缝处安装快门，所述探测方法包括以下步骤： S1、关闭快门，所述非制冷探测器获取第一暗测量信号