L'Institut d'optique de Changchun analyse l'état et les tendances du développement des caméras hyperspectrales de type spectroscopie à filtre
Jul 05, 2023
Les caméras hyperspectrales peuvent combiner la technologie d'imagerie avec la technologie de détection spectrale, et tout en imageant les caractéristiques spatiales d'une cible, elles peuvent former plusieurs bandes étroites pour chaque élément d'image spatiale afin d'obtenir une couverture spectrale continue, et les différentes informations spectrales peuvent pleinement refléter les différences de physique la structure et la composition chimique d'un élément. Par rapport à l'imagerie spatiale bidimensionnelle traditionnelle, les caméras hyperspectrales peuvent acquérir des informations spatiales et spectrales sur la cible. À une résolution spatiale spécifique, ils peuvent obtenir les caractéristiques spectrales continues uniques des caractéristiques du sol dans une large gamme de bandes spectrales, ce qui présente des avantages significatifs pour identifier et détecter avec précision les caractéristiques du sol. Il a une valeur d'application considérable dans l'agriculture, la foresterie, l'eau, le sol, l'exploitation minière et d'autres enquêtes sur les ressources et la surveillance de l'environnement.
Avec le développement rapide de la technologie de revêtement de filtre, le développement de caméras hyperspectrales spectroscopiques à filtre a été largement promu. Les caméras hyperspectrales basées sur le principe spectroscopique à filtre sont devenues un élément essentiel des charges de télédétection hyperspectrales avec les avantages d'une large bande passante, d'une résolution spatiale élevée, d'une résolution spectrale élevée, d'une taille légère et petite. Ils sont largement utilisés dans le réseau des constellations hyperspectrales de micro-nano-satellites.
Selon McMasters Consulting, le groupe de recherche de Liu Chunyu à l'Institut d'optique et de mécanique et physique de précision de Changchun, Académie chinoise des sciences, a récemment publié un article dans la revue Infrared and Laser Engineering sur le thème "Status and trends of filter spectroscopic hyperspectral camera développement." Liu Chunyu est principalement engagé dans la recherche sur la conception de systèmes optiques et la conception globale de systèmes optoélectroniques.
Schéma de principe du principe d'imagerie hyperspectrale
Cette recherche passe principalement en revue les caméras hyperspectrales spectroscopiques à filtre, présente les charges utiles typiques d'imagerie hyperspectrale spectroscopique embarquée à filtre au pays et à l'étranger, et les systèmes d'imagerie hyperspectrale spectroscopique à filtre en cours de développement sur le terrain, et analyse les solutions techniques, les indices de performance et l'application. perspectives de ces systèmes, et explique les caractéristiques techniques, avantages et inconvénients des caméras hyperspectrales basées sur le principe spectroscopique filtre. Les aspects techniques, avantages et inconvénients des caméras hyperspectrales basées sur le principe de la spectroscopie à filtre sont expliqués, et enfin, la tendance de développement des caméras spectroscopiques à filtre est prévue.
La caméra hyperspectrale à roue à filtres utilise la roue à filtres comme élément spectral pour obtenir des images spectrales de différentes bandes de longueur d'onde en faisant tourner la roue à filtres, complétant ainsi la séparation spectrale de la lumière complexe à monochromatique. Le composant critique d'une caméra hyperspectrale à roue à filtres est la roue à filtres, dont une roue à filtres peut remplacer la gamme spectrale correspondante selon les différentes bandes d'observation. Avec le développement de la technologie d'imagerie spectrale, le nombre de bandes de détection augmente et la roue à filtres ne peut plus répondre à la large gamme d'observation à haute résolution, elle est donc de plus en plus utilisée dans la détection multispectrale.
Les caméras hyperspectrales à filtre accordable utilisent des filtres accordables comme composants spectraux et sont principalement divisées en caméras hyperspectrales à filtre accordable à cristaux liquides (LCTF), caméras hyperspectrales à filtre accordable acousto-optique (AOTF) et caméras à cavité FP accordables MEMS. Caméras hyperspectrales MEMS Tunable Fabry-Perot Cavity Filters (AOTF).
La caméra hyperspectrale à filtre en forme de coin, également connue sous le nom de caméra hyperspectrale à filtre accordable, permet un échantillonnage continu dans les régions spectrales et spatiales. Le concept consiste à utiliser un milieu multicouche à couches minces en forme de coin comme filtre et à le monter près d'un détecteur matriciel bidimensionnel de sorte que plusieurs éléments d'image du capteur correspondent à une bande spectrale particulière du filtre accordable. En fonction de la correspondance entre les barres du filtre à gradient et les éléments d'image du détecteur, les caméras hyperspectrales à filtre à gradient peuvent être divisées en types de gradient linéaire et de réseau de filtres.
Structure et spectroscopie d'un filtre linéaire progressif
Les points quantiques, également connus sous le nom de « nanocristaux », sont des matériaux inorganiques qui sont très stables et ont un rayon inférieur au rayon d'une grande onde d'exciton. L'intégration de différents types de points quantiques permet la détection simultanée de différentes longueurs d'onde, ce qui est le principe du développement du spectromètre à points quantiques (CQD). Le concept traditionnel des spectromètres avec des composants optiques et mécaniques de haute précision est volumineux, coûteux, complexe et sévèrement limité dans son application.
Schéma de principe du spectromètre à points quantiques NIR
En général, la caméra hyperspectrale de type spectroscopie à filtre en est à son stade initial et sa résolution spectrale doit encore être comparable à la méthode de spectroscopie à dispersion de réseau de haute précision. De plus, la combinaison du filtre et du détecteur améliorera encore la résolution spectrale du système, qui peut même être comparable à la spectroscopie dispersive à réseau de haute précision. Par conséquent, la combinaison de tranches de filtre et de détecteur est également une tendance de développement importante des caméras hyperspectrales revêtues. Il est facile de voir que le développement de caméras hyperspectrales à base de filtres entraînera une croissance perturbatrice dans le domaine de l'imagerie hyperspectrale, qui, à son tour, entraînera le développement de la technologie de télédétection hyperspectrale pour les micro-nano-satellites et posera les bases techniques base du futur fonctionnement opérationnel des constellations de satellites micro-nano-hyperspectraux en orbite pour mieux servir l'économie nationale.
Ce projet a été soutenu par la National Natural Science Foundation of China (41504143), le Research Equipment Development Project of the Chinese Academy of Sciences (YJKYYQ20190044), la Natural Science Foundation of Anhui Province (1908085 ME135) et le Youth Innovation Promotion Council of l'Académie chinoise des sciences (2016203).