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多光譜相機(jī)原理

更新時(shí)間:2018-04-27 點(diǎn)擊量:4248

    多光譜成像技術(shù)自從面世以來,便被應(yīng)用于空間遙感領(lǐng)域。而隨著搭載平臺(tái)的小型化和野外應(yīng)用的需求,光譜成像儀在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、軍事、醫(yī)藥、科研等領(lǐng)域的需求也越來越大。而在此之前成像技術(shù)并沒有那么高,只能對(duì)特定的單一的譜段進(jìn)行成像。雖然分辨率高但是數(shù)據(jù)量大難以進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、檢索,而多光譜成像是將所有的信息結(jié)合在一起,這不僅僅是二維空間信息,同時(shí)也把光譜的輻射信息也包含在內(nèi),從而在更寬的譜段范圍內(nèi)成像。
多光譜相機(jī)的工作譜段范圍
    人眼所能能識(shí)別的光譜區(qū)間為可見光區(qū)間,波長(zhǎng)從400nm到700nm;普通數(shù)碼相機(jī)的光譜響應(yīng)區(qū)間與人眼識(shí)別的光譜區(qū)間相同,包含藍(lán)、綠、紅、三個(gè)波段;而多光譜相機(jī)的工作譜段范圍在其基礎(chǔ)上,可以分可見光、近紅外光、紫外光等每臺(tái)多光譜相機(jī)的分辨率不同,所應(yīng)用的領(lǐng)域也不同
    就比如說我們?cè)谧鲋脖徽{(diào)查的時(shí)候,植被的可見光波段對(duì)綠色比較敏感對(duì)紅色和藍(lán)色反射較弱。相對(duì)于可見光波段,植被在近紅外波段具有很強(qiáng)的反射特性,多數(shù)植被在可見光波段的光譜差異很小。而在近紅外波段的光譜差異更大,光譜差異越明顯越有利于分類。
光譜特性
    我們知道像素運(yùn)用復(fù)雜的大氣準(zhǔn)則來,復(fù)原反射光譜和輻射光譜所的到的數(shù)據(jù)分析,得到不同物質(zhì)的反射率不同,稱之為光譜特征。如果有足夠的光譜特證,可用于識(shí)別場(chǎng)景中的材質(zhì),其中包括光譜范圍、寬度、分辨率。范圍是指相機(jī)獲取圖像來自的光譜段,譜段的寬度反映了譜段設(shè)置的要求、通過努力衡量大氣中物質(zhì)的光譜特性還有傳感器的光譜響應(yīng),就要考慮  大氣中的吸收和散射。
多光譜相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)
    光學(xué)系統(tǒng)是指由透鏡、反射鏡、棱鏡和光闌等多種光學(xué)元件按一定次序組合成的系統(tǒng)。通常用來成像或做光學(xué)信息處 理。曲率中心在同一直線上的兩個(gè)或兩個(gè)以上折射(或反射)球面組成的光學(xué)系統(tǒng)稱為共軸球面系統(tǒng),曲率中心所在的那條直線稱為光軸。其中參數(shù)包括焦距、視場(chǎng)角、相對(duì)孔徑等。
多光譜相機(jī)的反射光學(xué)系統(tǒng)
    如果光學(xué)系統(tǒng)中的光學(xué)鏡片為反射鏡,則此系統(tǒng)稱之為反射系統(tǒng),反射式光學(xué)系統(tǒng)zui大的優(yōu)勢(shì)就在于其光譜范圍很大,對(duì)各個(gè)譜段都適用,并且不需要矯正二級(jí)光譜,但是因選用的是非球面鏡片,會(huì)使系統(tǒng)的加工和裝配變得十分困難,增加制作工藝難度 。
多光譜相機(jī)的分光系統(tǒng)
    對(duì)于多光譜相機(jī)來說除了光學(xué)系統(tǒng)以外,分光系統(tǒng)也十分重要,因?yàn)槎喙庾V相機(jī)需要對(duì)各個(gè)譜段進(jìn)行成像分析,zui終將這些圖像數(shù)據(jù)結(jié)合在一起,這就要求能將光線進(jìn)行分光的器件,無論采用哪種分光模式都必須滿足配準(zhǔn)的需求。
    zui早出現(xiàn)的分光方式是利用棱鏡或者是光柵分光,相對(duì)來說技術(shù)比較成熟,應(yīng)用也比較廣泛,隨著發(fā)展也有了邁克爾遜雙光束干涉分光、offner凸光柵光譜成像系統(tǒng)等。

多光譜相機(jī)的基本構(gòu)成
1.光學(xué)系統(tǒng)
    可以在各個(gè)譜段內(nèi)范圍內(nèi)成像,可以很好的的控制雜散光,是多光譜相機(jī)zui重要的部分,對(duì)工作譜段范圍和分辨能力起了決定性的作用,還可以設(shè)定工作焦距視場(chǎng)角大小等。
2.控制和信息處理器
    控制監(jiān)督多光譜相機(jī)的整個(gè)工作過程,并收集圖像數(shù)據(jù),并進(jìn)行儲(chǔ)存。
3.熱控裝置
    由溫度控制器、隔熱材料、散熱器、熱控涂層等組成。
4.其他結(jié)構(gòu)
    物鏡、電路系統(tǒng)、探測(cè)器及其他零配件。

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