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多光譜相機的原理及組成

新機器視覺 ? 來源:新機器視覺 ? 2023-06-29 17:03 ? 次閱讀

多光譜成像技術自從面世以來,便被應用于空間遙感領域。而隨著搭載平臺的小型化和野外應用的需求,光譜成像儀在農業(yè)、林業(yè)、軍事、醫(yī)藥、科研等領域的需求也越來越大。而在此之前成像技術并沒有那么高,只能對特定的單一的譜段進行成像。雖然分辨率高但是數(shù)據量大難以進行分析、存儲、檢索,而多光譜成像是將所有的信息結合在一起,這不僅僅是二維空間信息,同時也把光譜的輻射信息也包含在內,從而在較寬的譜段范圍內成像。

多光譜相機的基本構成

1.光學系統(tǒng)

可以在各個譜段內范圍內成像,可以很好的的控制雜散光,是多光譜相機較重要的部分,對工作譜段范圍和分辨能力起了決定性的作用,還可以設定工作焦距、視場角大小等。

2.控制和信息處理器

控制監(jiān)督多光譜相機的整個工作過程,并收集圖像數(shù)據,并進行儲存。

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.其他結構

物鏡、電路系統(tǒng)、探測器及其他零配件。

多光譜相機的工作譜段范圍

人眼所能能識別的光譜區(qū)間為可見光區(qū)間,波長從400nm到700nm;普通數(shù)碼相機的光譜響應區(qū)間與人眼識別的光譜區(qū)間相同,包含藍、綠、紅、 三個波段;而多光譜相機的工作譜段范圍在其基礎上,可以分可見光、近紅外光、紫外光等每臺多光譜相機的分辨率不同,所應用的領域也不同。

就比如說我們在做植被調查的時候,植被的可見光波段對綠色比較敏感對紅色和藍色反射較弱。相對于可見光波段,植被在近紅外波段具有很強的反射特性,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較大,光譜差異越明顯越有利于分類。

光譜特性

我們知道像素運用復雜的大氣準則來,復原反射光譜和輻射光譜所的到的數(shù)據分析,得到不同物質的反射率不同,稱之為光譜特征。如果有足夠的光譜特證,可用于識別場景中的專用材質,其中包括光譜范圍、寬度、分辨率。范圍是指相機獲取圖像來自的光譜段,譜段的寬度反映了譜段設置的要求、通過努力衡量大氣中物質的光譜特性還有傳感器的光譜響應,就要考慮 大氣中的吸收和散射。

多光譜相機的光學系統(tǒng)

光學系統(tǒng)是指由透鏡、反射鏡、棱鏡和光闌等多種光學元件按一定次序組合成的系統(tǒng)。通常用來成像或做光學信息處理。曲率中心在同一直線上的兩個或兩個以上折射(或反射)球面組成的光學系統(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、視場角、相對孔徑等。

多光譜相機的反射光學系統(tǒng)

如果光學系統(tǒng)中的光學鏡片為反射鏡,則此系統(tǒng)稱之為反射系統(tǒng),反射式光學系統(tǒng)較大的優(yōu)勢就在于其光譜范圍很大,對各個譜段都適用,并且不需要矯正二級光譜,但是因選用的是非球面鏡片,會使系統(tǒng)的加工和裝配變得十分困難,增加制作工藝難度。

光譜相機的分光系統(tǒng)

對于多光譜相機來說除了光學系統(tǒng)以外,分光系統(tǒng)也十分重要,因為多光譜相機需要對各個譜段進行成像分析,較終將這些圖像數(shù)據結合在一起,這就要求能將光線進行分光的器件,無論采用哪種分光模式都必須滿足配準的需求。

較早出現(xiàn)的分光方式是利用棱鏡或者是光柵分光,相對來說技術比較成熟,應用也比較廣泛,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。

審核編輯:湯梓紅

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原文標題:多光譜相機的原理及組成

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