多光谱成像仪

能够同时获取光谱特征和空间图像信息的设备

多光谱成像仪是一种能够同时获取光谱特征和空间图像信息的基本设备，是光电成像系统发展的重要方向。多光谱成像系统可提供具有3至20个非连续波段的图像，并已在农业和食品领域得到广泛应用。从成像原理上讲，多光谱成像技术就是把入射的全波段或宽波段的光信号分成若干个窄波段的光束，然后把它们分别成像在相应的探测器上，从而获得不同光谱波段的图像。实际使用时，要更有效地提取目标特征并进行识别，探测系统需要有精细的光谱分辨能力，就要求把光谱分得更窄并采用多个波段，而完成这一任务的就是成像分光技术。

简要概述

常用的红外波段都比较宽，要更有效地提取目标特征并进行识别，最好是把光谱分得更窄些并运用多个光谱波段。热像仪从单波段向双波段和多波段发展，在景物辐射进入探测器之前，由分光装置按光谱波段将其分开，分别进入不同的探测器。探测器分别输出相应波段景物图像数据，同时获得了同一景物在特定时刻各波段的图像数据。遥感探测设备分为主动探测和被动探测两类。多光谱成像仪多数属于被动工作，按其工作方式的不同可以分为光学成像和扫描成像两大类。

20世纪80年代中期以后，在红外行扫仪和多光谱扫描仪的基础上又研制出一种具有扫描成像和精细分光两种功能的新型多光谱/超光谱成像仪，可以在多个光谱波段获取景物图像。

“多光谱成像”、“超光谱成像”或“极光谱成像”是对不同光谱分辨力仪器的分类称谓。“多光谱成像”指光谱分辨力λ/λ为0.1，波段数为10~50个。除极光谱成像技术尚未用于军事遥感外，多光谱或超光谱成像系统已装备侦察卫星和侦察飞机。

基本组成

不同类别的设备虽然工作方式、组成、结构不同，但其基本组成通常包括以下几个部分：

1、光学会聚单元。它由透镜、反射镜或扫描镜等部件组成。它采集来自地面目标和背景的辐射或反射电磁波。

2、分光单元。它把前一单元采集的混合光分解为若干较窄波段，从而实现多光谱探测。

3、探测与信号预处理单元。通常用做探测器材的有相机中的胶片、线列或面阵CCD、红外焦平面阵列等光电探测器件。它实现光电转换，由敏感元分别将分光后聚焦的场景各点相应波段的电磁波强弱转换为对应大小的电信号。信号预处理器对电信号进行放大、修正及其他处理后，转换成图像信号或其他形式的信号。

4、信息记录或传输单元。它将经初步处理后的图像信息用适当的介质记录下来。常用记录介质有胶片、磁带、磁盘、光盘等。为了尽快得到遥感信息，对各种数字式的信号可通过传输单元将其从空中传输到地面进行记录或实时图像显示。

成像技术

多光谱成像技术就是把入射的全波段或宽波段的光信号分成若干个窄波段的光束，然后把它们分别成像在相应的探测器上，从而获得不同光谱波段的图像。实际使用时，要更有效地提取目标特征并进行识别，探测系统需要有精细的光谱分辨能力，就要求把光谱分得更窄并用对个波段，而完成这一任务的就是成像分光技术。

滤光片

这是一种能从连续光谱中滤出所需波段的单层或多层介质膜片。滤光片通过不同的光学现象，如选择性吸收或反射、干涉、偏振、散射等起作用。滤光片有截止型和带通型两大类。

按具体的使用要求可制成不同功能的滤光片，如将可见光和红外光分开的分色光，只允许中心波长附近很窄的波段通过的窄带滤光片等。滤光片应满足以下基本要求：①滤光片的透射光谱曲线符合设计要求，并在探测器的光敏波段内。②对需要通过的光，能量损失尽量少；对不需通过的光，最好全部被反射或吸收。③热稳定性、防潮性、机械强度等物理化学性能良好。

窄带滤光片光谱分辨率用 λ/λ的比值表示， λ是透射率为峰值波长透射率50%处的波段宽度。滤光片主要性能指标有透过光谱带宽、光谱带中心波长λ0、峰值透射率、截止波长等。

以上所述为分立式滤光片，适用于一个窄波段投射到单个探测器的情况。随着多光谱成像技术的发展，分立滤光片不能满足系统的要求。由于集成探测器阵列技术的引入而发展起来的成像光谱仪几乎实现了在光谱和空间区域都能连续取样，于是发展出“线性渐变滤光片”。它是一种多层窄带通干涉滤光片，其镀层具有楔子形状。线性渐变滤光片的中心波长随镀层的位置而变，因此使得透射波长随滤光片衬底上的位置不同而发生变化。这种滤光片可用来设计和研制红外成像光谱仪。除此之外，还有声光调谐滤光片和电调谐双折射滤光片，但都难以达到很高的光谱分辨力。

光栅分光

光栅是在一个平面上刻上一组平行的周期性的线条或沟槽（常刻成斜面）的光学元件。当一束复式光入射到光栅平面这种周期性结构时会发生衍射，透射或反射的衍射光产生干涉，光的能量重新分布，不同波长的光行进方向不同，在一定的位置上形成特定波长的叠加极值，从而实现分光。光栅分光的优点是分光波长分布的线性度很好，和线列探测器的光敏元配准好。此外分光的级数多，光谱分辨能力高，可小于单位波数（1 ）,可获得精细的光谱数据，是目前高光谱分辨力成像光谱仪使用最普遍的分光元件。采用光栅分光可简化分光系统的结构，使仪器更加轻便。衍射极限限制了光栅光谱分辨力的进一步提高。早期人们曾用棱镜色散的方法来分光，虽然简单，但分光后波长分布的线性不好，探测器的尺寸制作和工作波段的配准都很麻烦，已逐渐被光栅分光所取代。

迈克尔逊双光束干涉分光

迈克尔逊双光束干涉分光是精细分光中最重要的技术。图1-1是迈克尔逊双光干涉分光的基本工作原理（其中，1为光源；2为透镜；3为固定反射镜；4为分色片；5为微动反射镜；6为透镜；7为探测器）。从光源发出的光经准直后成为平行光，入射到半透半反射的分光片后被分成两束。一束到达位置固定的平面反射镜，另一束到达位置可微动的反射镜，通过镜面微动改变其光程。两束光被反射回来后相遇，由于有光程差而产生干涉，在干涉条纹处放置光电探测器接收。如果不断移动微动反射镜，则会连续改变光程差，记录中央干涉条纹光强变化，得到干涉图。通过对干涉图做傅里叶余弦变换运算，可将其转换成任何波数的光谱图样。这种分光方法，固有的光谱分辨率高（光谱分辨力可达0.01 ），且与波长无关，是光栅分光所不及的。

性能参数

反映多光谱成像仪特性的基本性能参数有以下几个。

1）辐射分辨力

辐射分辨力是指传感器在接收入射辐射时能分辨的最小辐射度差。辐射分辨力取决于探测器的灵敏度、系统的信噪比和光学系统的效率等。辐射分辨力越高，图像的对比度越高，对目标的实际分辨能力就越好，尤其是处于阴影或强光下辐射反差小的部位的细部，更是如此。

2）光谱分辨力

光谱分辨力是指传感器的探测单元在接收地面目标辐射光谱时能分辨的最小波长间隔。波长间隔越小光谱分辨力越高。设备的光谱分辨力依赖于系统分光器和探测元件，现代高性能的成像光谱仪的光谱分辨力做得非常高。

3）空间分辨力

空间分辨力是指在遥感图像上能记录并能区分出来的相邻两个点目标间的最小距离，表征对地面目标细节的分辨能力。

4）时间分辨力

时间分辨力是指对同一目标相邻两次观察的时间间隔,通常指卫星遥感的情况。时间间隔短便于获得地面景物的动态信息。对不同类型的卫星，时间间隔是不同的,例如,美国陆地观察卫星为16天，太阳同步卫星为0.5天。对军用侦察,为了及时掌握战场态势的变化，观察时间间隔应尽量短。

5）视场

视场是指传感器能形成有用图像的光束在入瞳处的最大张角。在视场范围内获取的信息都是有效的。对一个传感器来说，一般希望有较大的视场。

光谱成像

光学相机

光学相机是人们最熟悉、应用最早和历史最长的一种遥感设备，今天仍是最常见的一种遥感仪器。它的工作波段在近紫光、可见光到近红外(0.32um~1.3um)之间，主要受限于光学会聚单元的透镜组和感光胶片的光谱向应力。在透镜组前面的带通滤光片选择能通过透镜组令胶片曝光的波段。

红外扫描仪

红外扫描仪早期是一种单波段工作的光机扫描型的成像遥感设备。20世纪50年代末美国某公司研制成单元红外器件的扫描仪，安装在U-2飞机上用于军事情报侦察。70年代开始，将红外波段分解成若干个窄波段，发展成更为先进的多光谱扫描仪。随着长线列和面阵的CCD固体成像器件和红外焦平面阵列探测器的出现，又发展出省去复杂光机扫描机构的推帚式扫描成像仪、成像光谱仪等。

红外扫描仪由光学会聚系统、光学机械扫描器、红外探测器、信号处理器、信息记录设备等几部分组成，要完成一幅平面图像需进行相互垂直的两个方向的扫描。红外扫描仪采用对物平面扫描的方式成像，通常利用扫描仪内部设置的光学机械扫描器，在垂直于平台飞行方向对地物作不间断的横向扫描，另一维扫描是依靠运载平台，如卫星或飞机的向前运动来完成。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省

云南省