El Instituto de Óptica de Changchun analiza el estado de desarrollo y las tendencias de las cámaras hiperespectrales de tipo espectroscopia de filtro

Las cámaras hiperespectrales pueden combinar la tecnología de imágenes con la tecnología de detección espectral y, mientras toman imágenes de las características espaciales de un objetivo, pueden formar múltiples bandas estrechas para cada elemento de la imagen espacial para lograr una cobertura espectral continua, y la información espectral diferente puede reflejar completamente las diferencias en las condiciones físicas. estructura y composición química dentro de una característica. En comparación con las imágenes espaciales bidimensionales tradicionales, las cámaras hiperespectrales pueden adquirir información espacial y espectral sobre el objetivo. Con una resolución espacial específica, pueden lograr las características espectrales continuas únicas de las características del suelo en una amplia gama de bandas espectrales, lo que tiene ventajas significativas para identificar y detectar con precisión las características del suelo. Tiene un valor de aplicación considerable en la agricultura, la silvicultura, el agua, el suelo, la minería y otros estudios de recursos y monitoreo ambiental.

Con el rápido desarrollo de la tecnología de revestimiento de filtros, se ha promovido ampliamente el desarrollo de cámaras hiperespectrales espectroscópicas de filtros. Las cámaras hiperespectrales basadas en el principio espectroscópico de filtro se han convertido en una parte esencial de las cargas de teledetección hiperespectral con las ventajas de un gran ancho de banda, alta resolución espacial, alta resolución espectral y tamaño pequeño y ligero. Son ampliamente utilizados en la red de constelaciones hiperespectrales de micro-nano-satélites.

Según McMasters Consulting, el grupo de investigación de Liu Chunyu en el Instituto de Óptica y Mecánica de Precisión y Física de Changchun, Academia de Ciencias de China, publicó recientemente un artículo en la revista Infrared and Laser Engineering sobre el tema "Estado y tendencias de la cámara hiperespectral espectroscópica de filtro". desarrollo." Liu Chunyu se dedica principalmente a la investigación del diseño de sistemas ópticos y al diseño general de sistemas optoelectrónicos.

Diagrama esquemático del principio de imagen hiperespectral

Esta investigación revisa principalmente las cámaras hiperespectrales espectroscópicas de filtro, presenta las cargas útiles de imágenes hiperespectrales a bordo espectroscópicas de filtro típicas en el país y en el extranjero, y los sistemas de imágenes hiperespectrales espectroscópicas de filtro en desarrollo en el terreno, y analiza las soluciones técnicas, los índices de rendimiento y la aplicación. perspectivas de estos sistemas, y explica las características técnicas, ventajas y desventajas de las cámaras hiperespectrales basadas en principios espectroscópicos de filtro. Se explican los aspectos técnicos, las ventajas y desventajas de las cámaras hiperespectrales basadas en el principio de espectroscopia de filtro y, por último, se prevé la tendencia de desarrollo de las cámaras espectroscópicas de filtro.

La cámara hiperespectral con rueda de filtros utiliza la rueda de filtros como elemento espectral para obtener imágenes espectrales de diferentes bandas de longitud de onda girando la rueda de filtros, completando así la separación espectral de luz compleja a monocromática. El componente crítico de una cámara hiperespectral con rueda de filtros es la rueda de filtros, que puede reemplazar la rueda de filtros en el rango espectral correspondiente de acuerdo con las diferentes bandas de observación. Con el desarrollo de la tecnología de imágenes espectrales, la cantidad de bandas de detección aumenta y la rueda de filtros ya no puede cumplir con el amplio rango de observación de alta resolución, por lo que se usa cada vez más en la detección multiespectral.

Las cámaras hiperespectrales de filtro sintonizable utilizan filtros sintonizables como componentes espectrales y se dividen principalmente en cámaras hiperespectrales de filtro sintonizable de cristal líquido (LCTF), cámaras hiperespectrales de filtro sintonizable acústico-óptico (AOTF) y cámaras de cavidad FP sintonizables MEMS. Cámaras hiperespectrales MEMS Tunable Fabry-Perot Cavity Filters (AOTF).

La cámara hiperespectral con filtro en forma de cuña, también conocida como cámara hiperespectral con filtro sintonizable, permite el muestreo continuo en regiones espectrales y espaciales. El concepto es utilizar un medio de película delgada multicapa en forma de cuña como filtro y montarlo cerca de un detector de matriz bidimensional de modo que varios elementos de imagen del sensor correspondan a una banda espectral particular del filtro sintonizable. Dependiendo de la correspondencia entre las barras del filtro de gradiente y los elementos de imagen del detector, las cámaras hiperespectrales de filtro de gradiente se pueden dividir en tipos de matriz de filtro y gradiente lineal.

Estructura y espectroscopia de un filtro lineal progresivo

Los puntos cuánticos, también conocidos como "nanocristales", son materiales inorgánicos que son muy estables y tienen un radio más pequeño que el radio de una gran onda de excitón. La integración de diferentes tipos de puntos cuánticos permite la detección simultánea de diferentes longitudes de onda, que es el principio detrás del desarrollo del espectrómetro de puntos cuánticos (CQD). El concepto tradicional de espectrómetros con componentes ópticos y mecánicos de alta precisión es voluminoso, costoso, complejo y de aplicación severamente limitada.

Diagrama de principio del espectrómetro de punto cuántico NIR

En general, la cámara hiperespectral de tipo espectroscopia de filtro se encuentra en su etapa inicial y su resolución espectral aún debe ser comparable con el método de espectroscopia de dispersión de rejilla de alta precisión. Además, la combinación de filtro y detector mejorará aún más la resolución espectral del sistema, que incluso puede ser comparable a la espectroscopia dispersiva de rejilla de alta precisión. Por lo tanto, la combinación de obleas de filtros y detectores es también una importante tendencia de desarrollo de las cámaras hiperespectrales recubiertas. Es fácil ver que el desarrollo de cámaras hiperespectrales basadas en filtros impulsará un crecimiento disruptivo en el campo de las imágenes hiperespectrales, lo que, a su vez, provocará el desarrollo de tecnología de teledetección hiperespectral para micro-nano-satélites y sentará las bases técnicas. base para la futura operación operativa de constelaciones de satélites micro-nano-hiperespectrales en órbita para servir mejor a la economía nacional.

Este proyecto fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (41504143), el Proyecto de Desarrollo de Equipos de Investigación de la Academia China de Ciencias (YJKYYQ20190044), la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Anhui (1908085 ME135) y el Consejo de Promoción de la Innovación Juvenil de la Academia China de Ciencias (2016203).