无人机载高光谱成像系统
主要参数应优于以下参数。
波长范围：400-1000nm；像素扭曲不超过一个像素，
空间通道数：≥620；光谱通道数：≥250；
光谱采样间隔：优于2.4nm/pixel；
光谱分辨率在20μm狭缝时优于6nm；
最大数值孔径：F/2.5；
重量：<0.6kg(含内部的采集控制模块)；
反射率标准布：不小于3m x 3m，包含3种反射率，可以为计算地物反射率提供标准参考；
定制3轴云台，通电后自动垂直向下，无需手动调平衡；
可在地面站软件上看到云台上图传相机的实时画面；
云台重量：≤0.8kg；
无人机载多光谱/热红外成像系统
主要参数应优于以下参数。
重量≤800 g
光谱波段：EO即电力光学：蓝色、绿色、红色、红边、近红外（NIR）LW IR（长波红外辐射）
/ 热红外： 8-14um
传感器分辨率：不低于2064*1544（每个EO（即电力光学）波段3.2 MP）/热红外线：不低于160*120
北斗GPS定位系统
仪器参数应优于以下主要参数。
解算技术：超越传统（固定/浮动）技术的 HD-GNSS处理引擎算法，比传统GNSS技术提供的误差估算评定更加精确。
卫星跟踪：360全星座技术,能够跟踪包括GPS、GLONASS、Galileo、北斗和QZSS卫星信号同步跟踪：
–– GPS：L1C/A、L1C、L2C、L2E、L5；
–– GLONASS：L1C/A、L1P、L2C/A、L2P、L3；
–– SBAS：L1C/A、L5；
–– Galileo：E1、E5A、E5B；
––北斗：B1、B2、B3
多星多频：不止于接收卫星数量，同时接收GPS、GLANASS、伽利略、北斗的第三频段
信号通道：接收机通道数不少于440个通道，支持更多的卫星信号同步跟踪
高精度静态精度：平面3mm+0.1ppm 高程3.5mm+0.4ppm
RTK实时动态精度：平面8mm+1ppm 高程15mm+1ppm
网络RTK精度：平面8mm+0.5ppm 高程15mm+0.5ppm
定位速率：1Hz、2Hz、5Hz 10Hz和20Hz
数据格式：CMR+, CMRx, RTCM 2.1, RTCM 2.3, RTCM 3.0, RTCM 3.1, RT CM 3.2的输入输出
星站差分功能：具有OmniSTAR HP、XP、G2、VBS定位功能
智能化程度：接收机可以通过WBUI管理界面，实现远程管理，下载数据等
工作温度：-40℃～65℃
防水/防尘：满足IP67等级，可侵入水下1米深
可以承受从2米高测杆处跌落
数据存储：主机4G内存：可以3年以上原始观测数据通讯链路：电台与
蜂窝移动网络，同时具备
成像光谱仪简介及其应用概述 成像光谱仪：将成像技术和光谱技术结合在一起，在探测物体空间特征的同时并对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为10nm左右的连续光谱覆盖。它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像。在陆地、大气、海洋等领域的研究观测中有广泛的应用。 成像光谱仪–概述 成像光谱仪是20世纪80年代开始在多光谱遥感成像技术的基础上发展起来的，它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像，在航空、航天器上进行陆地、大气、海洋等观测中有广泛的应用，高成像光谱仪可以应用在地物精确分类、地物识别、地物特征信息的提取。建立目标的高光谱遥感信息处理和定量化分析模型后，可提高高光谱数据处理的自动化和智能化水平.。由于成像光谱仪高光谱分辨率的巨大优势，在空间对地观测的同时获取众多连续波段的地物光谱图像，达到从空间直接识别地球表面物质的目的，成为遥感领域的一大热点，正在成为当代空间对地观测的主要技术手段。地面上采用成像光谱仪也取得了很大的成果，如科学研究、工农林业环境保护等方面。 成像光谱仪主要性能参数是：（1）噪声等效反射率差（NE?p），体现为信噪比（SNR）；（2）瞬时视场角（IFOV），体现为地面分辨率；（3）光谱分辨率，直观地表现为波段多少和波段谱宽。 高光谱分辨率遥感信息分析处理，集中于光谱维上进行图象信息的展开和定量分析，其图象处理模式的关键技术有：⑴超多维光谱图象信息的显示，如图像立方体（见图一）的生成；⑵光谱重建，即成像光谱数据的定标、定量化和大气纠正模型与算法，依此实现成像光谱信息的图象-光谱转换；⑶光谱编码，尤其指光谱吸收位置、深度、对称性等光谱特征参数的算法；⑷基于光谱数据库的地物光谱匹配识别算法； ⑸混合光谱分解模型；⑹基于光谱模型的地表生物物理化学过程与参数的识别和反演算法。 高光谱分辨率成像光谱遥感起源于地质矿物识别填图研究，逐渐扩展为植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大气的研究中。 成像光谱仪的基本原理
高光谱成像检测技术 一、高光谱成像技术的简介 高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术，其最突出的应用是遥感探测领域，并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术，是传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。 高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上，在从紫外到近红外（200-2500nm）的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。 高光谱成像技术具有超多波段（上百个波段）、高的光谱分辨率（几个nm）、波段窄（≤10-2λ）、光谱范围广（200-2500nm）和图谱合一等特点。优势在于采集到的图像信息量丰富，识别度较高和数据描述模型多。由于物体的反射光谱具有“指纹”效应，不同物不同谱，同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。 二、高光谱成像系统的组成和成像原理 高光谱成像技术的硬件组成主要包括光源、光谱相机（成像光谱仪+CCD）、装备有图像采集卡的计算机。光谱范围覆盖了200-400nm、400-1000nm、900-1700 nm、1000-2500 nm。 CCD 光源光栅光谱仪成像镜头
光谱相机的主要组成部分有：准直镜、光栅光谱仪、聚焦透镜、面阵CCD。 高光谱成像仪的扫描过程：面阵CCD探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描（X方向），横向排列的平行光垂直入射到透射光栅上时，形成光栅光谱。这是一列像元经过高光谱成像仪在CCD上得到的数据。它的横向是X方向上的像素点，即扫描的一列像元；它的纵向是各像元所对应的光谱信息。 同时，在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（Y方向）。
北京，朝阳区酒仙桥东路一号， M7栋东五层，100015 Nano-Hyperspec ? 超微型机载高光谱成像光谱仪 ——更小、更轻、更耐用 现今的无人机都非常小而轻，所以要求载荷能与之匹配。Headwall 新的Nano-Hyperspec 是一款完全集成的高光谱传感器，其波段范围是VNIR （400-1000nm ）。他的关键优势在于将光谱仪和完整的数据采集存储模块集成到一个盒子，同时还集成了GPS/IMU 惯导系统。减少了重量、节省了空间，这样就允许无人机同时搭载其他载荷，如热像仪、Lidar 、RGB 相机等。 Headwall 的高光谱传感器全部使用同心光学设计，融入了像差校正技术。杰出的空间和光谱分辨率、宽视场、高信噪比都使得Headwall 在机载高光谱成像领域有 别于其他产品。像差校正过的宽视场意味着可使幅宽大化，飞行时间则更短。Headwall 将所有的模块集成为一包，其机载解决方案能够延长电池的使用时间，从而能够航测时有更多时间采集数据。 光谱仪内部集成的数据采集系统接口为Gig-E ，允许在几次飞行之间快速、容易地下载数据，同时采集同步的GPS/IMU 数据，用于后处理的几何校正和拼图。Headwall 提供的机载包，包括GPS/IMU 、几何校正、拼图软件等，同时，也可集成机载LiDAR ，选配高精度惯导，后处理软件可将LiDAR 和高光谱数据融合，提高校正和拼图效果，数据更准确。 主要特点： ? 波段：400-1000nm ? 270个光谱通道，640个空间通道 ? 最大帧频：350Hz ? 480G 内存 ? 直接连接GPS/IMU ? 更轻、更小、更耐用
目录 一.高光谱成像仪的简介 (2) 二.高光谱成像仪市场现状 (2) 三.产品类型分类 (4) 四.主要产品供应商 (5) 五.高光谱成像应用实例 (10)
一.高光谱成像仪的简介 高光谱成像（HSI）是光谱技术和成像技术的结合，通常也被成为成像光谱技术。高光谱成像是加入了彩色三维成像的技术，包括目标频谱数据的反射图像，通过数据处理得到电磁光谱图像中每个像素。高光谱成像系统一般包括高光谱成像仪，摄像机，光源，数据软件和计算机等。 二.高光谱成像仪市场现状 2017年全球高光谱成像系统产量达到395台，销售额约6849万美元。预计2023年将达到13456万美元，年复合增长率（CAGR）为11.91%。 2019年全球高光谱成像系统产量达到549台，销售额约9042万美元。从全球范围看，北美是最大生产地区，主要生产企业也集中在这一地区，比如美国Headwall Photonics,美国Resonon，美国Surface Optics，美国康宁（并购NovaSol），加拿大ITRES，加拿大Telops和美国Brimrose等。北美地区2019产量共318套，占全球的58.01%，其次是欧洲，主要生产商有芬兰Specim，欧洲微电子研究中心（IMEC），挪威纳斯克电子光学公司（Norsk Elektro Optikk AS）等。
图1 2017年全球不同分类高光谱成像系统产量份额 图2 2017年全球高光谱成像系统主要应用领域消费量份额
三.产品类型分类 1. 紫外光谱（10～380 nm） 军事领域：飞机发动机尾焰紫外追踪，导弹预警，紫外预警目标观察，紫外火控目标瞄准系统 公安刑侦：现场侦查痕迹，可观察指纹印、体液、火药、麻药 航天领域：空间探测 2. 可见光谱（380～780nm） 农业领域：防病虫害 增强视场：获取高光谱分辨率和高空间分辨率 公安刑侦：手印显现 3. 近红外光谱（780-2526nm） 生物医学领域：测定脑血流量和脑血管中CO2的活性、血或血清中血红蛋白载氧量、PH、葡萄糖、尿素等含量 农业、食品、纺织、聚合物、药物、石油化工、生化和环保。 4. 中红外光谱（2.5-25μm） 在军事、环境监测、医学治疗以及基础研究等领域 环境监测：监测甲烷和氧化亚氮 生物医学：蛋白质分析、液相色谱/生物反应器监控、无标签数字病理学、纳米成像5.远红外光谱（25-1000μm） 基础研究：半导体监测，超导体监测、等离子体诊断、天体物理研究。
光谱仪 光谱仪，又称分光仪，广泛为认知的为直读光谱仪。以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置。其构造由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和一个或多个出射狭缝组成。以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上（或扫描某一波段）进行强度测定。分为单色仪和多色仪两种。 根据现代光谱仪器的工作原理，光谱仪可以分为两大类:经典光谱仪和新型光谱仪.经典光谱仪器是建立在空间色散原理上的仪器;新型光谱仪器是建立在调制原理上的仪器.经典光谱仪器都是狭缝光谱仪器.调制光谱仪是非空间分光的，它采用圆孔进光. 根据色散组件的分光原理，光谱仪器可分为:棱镜光谱仪，衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪.光学多道分析仪OMA(OpticalMulti-channelAnalyzer)是近十几年出现的采用光子探测器(CCD)和计算机控制的新型光谱分析仪器，它集信息采集，处理， 存储诸功能于一体.由于OMA不再使用感光乳胶，避免和省去了暗室处理以及之后的一系列繁琐处理，测量工作，使传统的光谱技术发生了根本的改变，大大改善了工作条件，提高了工作效率;使用OMA分析光谱，测量准确迅速，方便，且灵敏度高，响应时间快，光谱分辨率高，测量结果可立即从显示屏上读出或由打印机，绘图仪输出。它己被广泛使用于几乎所有的光谱测量，分析及研究工作中，
特别适应于对微弱信号，瞬变信号的检测. 一台典型的光谱仪主要由一个光学平台和一个检测系统组成。包括以下几个主要部分： 1.入射狭缝: 在入射光的照射下形成光谱仪成像系统的物点。 2.准直元件: 使狭缝发出的光线变为平行光。该准直元件可以是一独立的透镜、反射镜、或直接集成在色散元件上，如凹面光栅光谱仪中的凹面光栅。 3.色散元件: 通常采用光栅，使光信号在空间上按波长分散成为多条光束。 4.聚焦元件: 聚焦色散后的光束，使其在焦平面上形成一系列入射狭缝的像，其中每一像点对应于一特定波长。 5.探测器阵列：放置于焦平面，用于测量各波长像点的光强度。该探测器阵列可以是CCD阵列或其它种类的光探测器阵列。 光谱仪应用很广，在农业、天文、汽车、生物、化学、镀膜、色度计量、环境检测、薄膜工业、食品、印刷、造纸、喇曼光谱、半导体工业、成分检测、颜色混合及匹配、生物医学应用、荧光测量、宝石成分检测、氧浓度传感器、真空室镀膜过程监控、薄膜厚度测量、LED测量、发射光谱测量、紫外/可见吸收光谱测量、颜色测量等领域应用广泛。
UHD185机载高速成像光谱仪在海上溢油监测中的应用 海上溢油污染是最常见的海洋污染之一，其对海洋污染的程度超过重金属污染、放射性污染等，成为当今全球海洋污染的最严重问题。高光谱遥感技术作为一种有效监测溢油污染的手段，在国内外的溢油监浏系统中正扮演着越来越重要的角色。高光谱遥感能够通过目标的光谱特征剔除颜色和外观与油膜相同的假目标，提供更精确和令人信服的分类结果，高光谱遥感突破了光谱分辨率的限制，在获取地表空间图像的同时，获取每个像元近乎连续的窄波段光谱信息，不仅可以有效区分油膜与水，而且可根据不同油种和不同时期的油膜的光谱吸收特征差异推断所泄漏油的种类与时间，从而实现依据地物光谱特征的目标探测与识别。 机载高光谱在海上溢油污染监测领域取得了快速发展，利用海上溢油在可见近红外光谱区域（400-1000nm）的吸收特性，国内外在机载高光谱在溢油监测中取得的成果应用主要集中在以下领域： ※区分溢油目标与假目标对象，制作溢油分布图 ※油膜的探测研究，油膜厚度的定量分析 ※溢油扩散分析，海水污染与油污残留监测 ※海上溢油量的半定量分析，评估溢油污染程度 ※海上烃类异常信息提取，辅助地质资料制备 UHD185机载高速成像光谱仪是国内首款全画幅、非扫描、实时成像的机载高光谱成像系统，具有革命性的全画幅高光谱成像技术，是目前高速成像光谱仪的最轻版本，综合了高速相机的易用性及高光谱精度为一体。UHD185机载高速成像光谱仪可在1/1000秒内得到450-950nm范围内125个通道的数据立方体。UHD185搭载的小型多旋翼无人机，采用了双飞控系统与自动开伞功能，大大提高了系统的安全性；通过配置多轴增稳云台，可获取质量极高的高光谱立方体数据，从而无需进行后期的IMU校正；通过预设飞行航线可实现全程自动航线飞行，极大提高了多旋翼无人机的可操作性。UHD185机载高速成像光谱仪自带的Cube Ware光谱数据处理软件可进行光谱批量处理、光谱目标分类等多种功能，并提供开源代码便于用户后期开发与系统集成。用户可借助UHD185机载高速成像光谱仪在短时间内得到海上溢油区域的高光谱立方体数据，并借助Cube Ware光谱数据处理软件提取溢油目标，为海上溢油的监测提供快速而准确的参考信息。 UHD185机载高速成像光谱仪
2010. 6 https://www.doczj.com/doc/4511570769.html, 综述遥感信息 航空成像光谱仪的发展和在侦察中的应用 孙林, 鲍金河 (空军航空大学特种专业系, 吉林长春130022 摘要:成像光谱仪在进行航空成像侦察时能够获得一个三维的数据立方体, 其中, 两维表示目标的空间信息, 一维表示目标的光谱信息, 因此, 成像光谱仪在进行航空成像侦察时不仅能够对目标进行定位和判别, 还可以利用自身可以获取目标光谱信息的能力更好地进行遮蔽和伪装目标的辨别。本文介绍了成像光谱仪的发展与现状, 对成像光谱仪的成像原理进行了分析, 比较了成像光谱仪不同成像原理的优缺点, 并对成像光谱仪在航空成像侦察中的应用进行了讨论。 关键词:成像光谱仪; 色散; 干涉; 侦察doi:10. 3969/j. issn. 1000-3177. 2010. 06. 023 中图分类号:T P751 文献标识码:A 文章编号:1000-3177(2010 112-0115-05 Study on Imaging Spectrometer in the Applications of Aviation Imaging Reconnaissance SU N L in, BA O Jin -he (A v iation Univ er sity of A ir For ce , S p ecial I nf or matio n D ep ar tment , Changchun 130022 Abstract:Imag ing spectro met er can get the t arg et p s three -dimensional data cube w hile carr ying on aviation imaging recon -naissance. In this date cube, tw o dimensio ns represent the space infor mation of t he targ et and one dimension represents the spec -t
前言 随着科学技术的发展，人们的感官得到了延伸，认识事物的能力也不断的提高，其中光谱成像和雷达成像成为其中的佼佼者，高谱和图像使人们能够在大千世界更好的认识到事物。高光谱成像技术作为一项优点显著，实用的成像技术，从20世纪80年代开始得到了世界各国的重视，经过深入的研究和发展如今已经被广泛地应用于各个领域。 高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域,它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命,它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质,在高光谱遥感中能被探测。 高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，其中最突出的应用是在遥感探测领域，并在民用领域有着更大的应用前景。 本文通过分析介绍高光谱图像的成像原理，探讨了高光谱图像在国内外发展现状及其应用。
1.高光谱图像成像原理及特点 1.1高光谱遥感基本概念 高光谱遥感是通过高光谱传感器探测物体反射的电磁波而获得地物目标的空间和频谱数据，成立于20世纪初期的测谱学就是它的基础。高光谱遥感的出现使得许多使用宽波段无法探查到的物体，更加容易被探测到，所以高光谱遥感的出现时成功的是革命性的。 1.2高光谱图像成像原理 光源相机（成像光谱仪+ccd）装备有图像采集卡的计算机是高光谱成像技术的硬件组成，其光谱的覆盖范围为200-400nm，400-1000nm，900-1700nm，1000-2500nm。其中光谱相机的主要组成部分为准直镜，光栅光谱仪，聚焦透镜以及面阵ccd。 其扫描过程是当ccd探测器在光学焦面的垂直方向上做横向扫描（x），当横向的平行光垂直入射到投身光栅是就形成了光栅光谱，这是象元经过高光谱仪在ccd上得出的数据，它的横向式x方向上的像素点也就是扫描的象元，它的总想是各象元对应的信息。在检测系统输送前进是排列的他测器完成纵向扫面（y）。综合扫描信息即可得到物体的三围高光谱数据。 1.3高光谱遥感的特点 （1）波段多且宽度窄能够使得高光谱遥感探测到别的宽波段无法探测到的物体。 （2）光谱响应范围更广和光谱分辨率高使得它能够更加精细的发硬出被探测物的微小特征。 （3）它可以提供空间域和光谱域信息也就是“谱像合一”。 （4）数据量大和信息冗余多，由于高光谱数据的波段多，其数据量大，而且和相邻波段的相关性比较高就使得信息冗余度增加很多。 （5）高光谱遥感的数据描述模型多能够分析的更灵活。经常使用的3种模型有：图像，光谱和特征模型。 1.4高光谱的优势 随着高光谱成像的光谱分辨率的提高，其探测能力也有所增强。因此，与全色和多光谱成像相比较，高光谱成像有以下显著优著: (1)有着近似连续的地物光谱信息。高光谱影像在经过光谱反射率重建后，能获取与被探测物近似的连续的光谱反射率曲线，与它的实测值相匹配，将实验室中被探测物光谱分析模型应用到成像过程中。 (2)对于地表覆盖的探测和识别能力极大提高。高光谱数据能够探测具有诊断性光谱
中国科学E辑技术科学 2006, 36(增刊): 85~93 85 航天成像光谱仪CHRIS辐射 与光谱性能评价* 张霞**张兵胡方超童庆禧 (中国科学院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室, 北京 100101) 摘要 CHRIS是欧空局于2001年10月成功发射的PROBA卫星上搭载的探索性高光谱遥感器, 它共有5种可选择的作业模式, 在可见光到近红外(0.4~1.05 μm)范围, 最多可以获取62个波段. 文中采用基于图像自身的大气校正方法(模型法ACORN和经验法), 在图像上选取最具代表性的植被和土壤光谱, 对CHRIS 这一新型的航天成像光谱仪进行了光谱与辐射性能评价. 计算显示, ACORN校正得到的玉米反射率在498~750 nm波长区间能够较好地表征植被的反射率光谱特征(如红边特征), 尤其是在对气溶胶敏感的蓝光部分比经验方法更有优势, 但是在750 nm之后就有很大偏差, 表明CHRIS在750 nm之后的波段存在光谱定标误差; 土壤光谱反射率在800 nm之后有递减的误差趋势, 表明CHRIS在部分波长区间还不能满足模型法大气校正的要求; ACORN反演得到的水汽含量分布图上存在的竖条纹, 则表明CHRIS的辐射定标性能的不足. CHRIS仪器作为欧空局第一个真正意义上的航天高光谱遥感器在光谱和辐射性能上仍有待改善. 关键词CHRIS高光谱定标性能大气自校正 为更好地理解地表的方向性反射特性, 欧空局(ESA)于2001年10月22日发射了PROBA-1(PROject for On Board Autonomy 1)小卫星, PROBA应用了星上自治示范技术, 适用于小区域的科学和应用任务[1]. 其上搭载有多角度紧密型高分辨率成像光谱仪CHRIS, 该光谱仪由Sira 技术公司研制, 可提供5个角度(0, ±36°, ±55°)的高光谱反射率数据, 从而为大气、陆地和海洋的二向性反射(BRDF)研究提供了宝贵的数据. 但是在CHRIS服务于科学应用之前, 有必要对其性能, 收稿日期: 2005-11-16; 接受日期: 2006-04-10 *国家自然科学基金项目(批准号: 40271085)和国家重点基础研究发展规划项目(批准号: 2002CB412506)资助 ** E-mail: zx_0101@https://www.doczj.com/doc/4511570769.html,
收稿日期：2016-09-05；修订日期：2016-10-03 基金项目：国家自然科学基金(41275037)；安徽省杰出青年科学基金(1308085JGD03)； 安徽省自然科学基金(1408085MKL49) 作者简介：邱晓晗(1987-)，男，博士生，主要从事成像电路方面的研究。Email:xhqiu@https://www.doczj.com/doc/4511570769.html, 导师简介：王煜(1971-)，男，研究员，博士生导师，博士，主要从事航空航天遥感设备方面的研究。 Email:yuwang@https://www.doczj.com/doc/4511570769.html, 0538002-1机载紫外DOAS 成像光谱仪CCD 成像电路的设计及实施 邱晓晗1,2，王煜1，常振1,2，田禹泽2，司福祺1 (1.中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031； 2.中国科学技术大学，安徽合肥230026) 摘要：机载紫外DOAS 成像光谱仪通过获取大气与地表的折射或散射的紫外光辐射，监测大气痕量气体的分布与变化，其电子学部件的重要组成部分为CCD 成像电路。采用帧转移型面阵CCD-47-20为图像传感器，以现场可编辑门阵列(FPGA)为核心控制器的成像电路模块，设计并实现了一套完整的机载紫外光谱仪成像系统。CCD 成像电路完成包括CCD 驱动时序电路、CCD 数据采集电路，接收CCD 模拟图像信号产生数字图像信号，将数字图像信号通过差分芯片驱动以低压差分信号(LVDS)传输给机载通讯系统等功能。讨论了机载紫外成像光谱仪的设计过程，并重点讨论了CCD 成像电路的设计过程。设计的机载紫外DOAS 成像光谱仪系统成像分辨率为0.286°。实验证明满足大气污染气体的观测需求。关键词：成像光谱仪；帧转移面阵CCD ；成像电路中图分类号：TP73文献标志码：A DOI ：10.3788/IRLA201746.0538002 Design and implementation of CCD imaging circuit for airborne ultraviolet DOAS imaging spectrometer Qiu Xiaohan 1,2,Wang Yu 1,Chang Zhen 1,2,Tian Yuze 2,Si Fuqi 1 (1.Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031,China; 2.University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China) Abstract:Airborne ultraviolet imaging DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy)spectrometer monitors the distribution and changes of atmospheric trace gases by obtaining the UV radiation of atmosphere and surface reflection or scattering.In this spectrometer,the CCD imaging circuit is the core of electronic device.A complete system was designed and implemented by using frame transfer area array CCD -47-20.Field -Programmable Gate Array (FPGA)was adopted as the core controller of the CCD imaging circuit,which generated CCD driving sequences,CCD data acquisition,received and converted CCD analog imaging signal to digital https://www.doczj.com/doc/4511570769.html,D digital imaging signal was drove by differential line driver and then acquired by the airborne communication system in low voltage differential signaling (LVDS)format.The design and implementation of the circuit was described,and the design process of the CCD imaging circuit was mainly discussed.The imaging resolution of airborne ultraviolet 第46卷第5期 红外与激光工程2017年5月Vol.46No.5Infrared and Laser Engineering May 2017 万方数据
无人机载高光谱成像系统 主要参数应优于以下参数。 波长范围：400-1000nm；像素扭曲不超过一个像素， 空间通道数：≥620；光谱通道数：≥250； 光谱采样间隔：优于2.4nm/pixel； 光谱分辨率在20μm狭缝时优于6nm； 最大数值孔径：F/2.5； 重量：<0.6kg(含内部的采集控制模块)； 反射率标准布：不小于3m x 3m，包含3种反射率，可以为计算地物反射率提供标准参考； 定制3轴云台，通电后自动垂直向下，无需手动调平衡； 可在地面站软件上看到云台上图传相机的实时画面； 云台重量：≤0.8kg；
无人机载多光谱/热红外成像系统 主要参数应优于以下参数。 重量≤800 g 光谱波段：EO即电力光学：蓝色、绿色、红色、红边、近红外（NIR）LW IR（长波红外辐射） / 热红外： 8-14um 传感器分辨率：不低于2064*1544（每个EO（即电力光学）波段3.2 MP）/热红外线：不低于160*120
北斗GPS定位系统 仪器参数应优于以下主要参数。 解算技术：超越传统（固定/浮动）技术的 HD-GNSS处理引擎算法，比传统GNSS技术提供的误差估算评定更加精确。 卫星跟踪：360全星座技术,能够跟踪包括GPS、GLONASS、Galileo、北斗和QZSS卫星信号同步跟踪： –– GPS：L1C/A、L1C、L2C、L2E、L5； –– GLONASS：L1C/A、L1P、L2C/A、L2P、L3； –– SBAS：L1C/A、L5； –– Galileo：E1、E5A、E5B； ––北斗：B1、B2、B3 多星多频：不止于接收卫星数量，同时接收GPS、GLANASS、伽利略、北斗的第三频段 信号通道：接收机通道数不少于440个通道，支持更多的卫星信号同步跟踪 高精度静态精度：平面3mm+0.1ppm 高程3.5mm+0.4ppm RTK实时动态精度：平面8mm+1ppm 高程15mm+1ppm 网络RTK精度：平面8mm+0.5ppm 高程15mm+0.5ppm 定位速率：1Hz、2Hz、5Hz 10Hz和20Hz 数据格式：CMR+, CMRx, RTCM 2.1, RTCM 2.3, RTCM 3.0, RTCM 3.1, RT CM 3.2的输入输出 星站差分功能：具有OmniSTAR HP、XP、G2、VBS定位功能 智能化程度：接收机可以通过WBUI管理界面，实现远程管理，下载数据等 工作温度：-40℃～65℃ 防水/防尘：满足IP67等级，可侵入水下1米深 可以承受从2米高测杆处跌落 数据存储：主机4G内存：可以3年以上原始观测数据通讯链路：电台与
光谱仪的发展历史与现状 【摘要】光谱分析方法作为一种重要的分析手段，在科研、生产、质量控制等方面发挥了重要作用。本文主要从光谱仪原理、光谱仪基本特性、发展历程、重要发明（UVS、AAS）以及未来展望等几个方面进行简要的阐述。 【关键词】光谱仪原理、基本特性、发展历程、UVS、AAS 1.光谱仪基本原理 光谱仪器是进行光谱研究和物质结构分析，利用光学色散原理及现代先进电子技术设计的光电仪器。它的基本作用是测量被研究光（所研究物质反射、吸收、散射或受激发的荧光等）的光谱特性，包括波长、强度等谱线特征[1]。因此，光谱仪器应具有以下功能： （1）分光：把被研究光按一定波长或波数的发布规律在一定空间分开。（2）感光：将光信号转换成易于测量的电信号，相应测量出各波长光的强度，得到光能量按波长的发布规律。 （3）绘谱线图：把分开的光波及其强度按波长或波数的发布规律记录保存或显示对应光谱图。 要具备上述功能，一般光谱仪器都可分成四部分组成:光源和照明系统，分光系统，探测接收系统和传输存储显示系统。 根据光谱仪器的工作原理可以分成两大类：一类是基于空间色散和干涉分光的经典光谱仪；另一类是基于调制原理分光的新型光谱仪。
经典光谱仪结构图 光源和照明系统可以是研究的对象，也可以作为研究的工具照射被研究的物质。一般来说，在研究物质的发射光谱如气体火焰、交直流电弧以及电火花等激发试样时，光源就是研究的对象；而在研究吸收光谱、拉曼光谱或荧光光谱时，光源则作为照明工具（如汞灯、红外干燥灯、乌灯、氙灯、LED、激光器等等）。为了尽可能多地会聚光源照射的光强度，并传递给后面的分光系统，就需要专门设计照明系统[2]。 分光系统是任何光谱仪的核心部分，它一般是由准直系统、色散系统、成像系统三部分组成，主要作用是将照射来的光在一定空间按照一定波长规律分开。如图2-1所示，准直系统一般由入射狭缝和准直物镜组成，入射狭缝位于准直物镜的焦平面上。光源和照明系统发出的光通过狭缝照射到准直物镜，变成平行光束投射到色散系统上。色散系统的作用是将入射的单束复合光分解为多束单色光。多束单色光经过成像物镜按照波长的顺序成像在透镜焦平面上；这样，单束的复合光经过分光系统后成功变成了多束单色光的像。目前主要的色散系统主要有物质色散（如棱镜）、多缝衍射（如光栅）和多光束干涉（如干涉仪）探测接收系统的作用是将成像系统焦平面上接收的光谱能量转换成易于测量的电信号，并测量出对应光谱组成部分的波长和强度，从而获得被研究物质的特性参数如物质的组成成分及其含量以及物质的温度、星体的运动速度等等。目前光谱仪器的接收系统可以分为目视系统、摄谱系统和光电系统。经典光谱仪器根据设计需要可以选择其中一种，但干涉调制光谱仪器只能采用光电接收系统。 传输存储显示系统是将探测接收系统测量出来的电信号经过初步处理后存储或通过高速传输接口上传给上位机，在上位机上对光谱数据进行进一步数据处理及显示等。 2.光谱仪基本特性 光谱仪器的基本特性主要包括：工作光谱围、色散率、分辨率、光强度以及工作效率等五个方面。 （1）工作光谱围 指使用光谱仪器所能记录的光谱围。它主要决定于仪器中光学零件的光谱透
第１１卷 第３期２ ０１３年６月光学与光电技术 ＯＰＴＩＣＳ ＆ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．１１，Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ，２０１３收稿日期 ２０１２－０９－２９； 收到修改稿日期 ２０１２－１２－ １３作者简介 张达（１９８１－） ，男，博士，副研究员，硕士生导师，主要从事空间光学遥感仪器的研制、空间光学成像，以及光谱探测技术方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｄａ＠ｃｉｏｍｐ ．ａｃ．ｃｎ基金项目 国防预研基金（ＳＡ０５０），国家８６３高技术研究发展计划（２０１０ＡＡ１２２１０９１００１） ，吉林省科技发展计划（２０１１０１０７９ ）资助项目文章编号：１６７２－３３９２（２０１３）０３－００６７－ ０７高光谱遥感的发展与应用 张 达 郑玉权 （中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３） 摘要 阐述了高光谱遥感的特点、优势，以及在航空及航天领域的发展情况，列举了几种典型高光谱成像仪的光学系统原理和主要技术指标。在此基础上， 概述了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产、海洋、军事等领域的应用情况。最后对高光谱遥感发展趋势提出了几点建议，包括低反射率目标遥感、高信噪比、高空间分辨率及宽覆盖范围等方面。关键词 高光谱遥感；发展；应用；成像光谱仪中图分类号 ＴＰ７０ 文献标识码 Ａ １ 引 言 遥感技术是２０世纪６０年代发展起来的对地 观测综合性技术［１］ ，随着２０世纪８０年代成像光谱 技术的出现， 光学遥感进入了高光谱遥感阶段。从２０世纪９０年代开始， 高光谱遥感已成为国际遥感技术研究的热门课题和光电遥感的最主要手段。 高光谱遥感技术作为对地观测技术的重大突破［ ２］ ，其发展潜力巨大。 高光谱遥感实现了遥感数据图像维与光谱维信息的有机融合，在光谱分辨率上有巨大优势，是遥感发展的里程碑。随着高光谱遥感技术的日趋成熟，其应用领域也日益广泛，已渗透到国民经济的各个领域，如环境监测、资源调查、工程建设等，对于推动经济建设、社会进步、环境的改善和国防建设起到了重大的作用。本文主要阐述高光谱遥感的特点、优势以及在航空及航天领域的发展情况，概括了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产， 海洋军事等领域的应用情况。２ 高光谱遥感特点与优势 高光谱遥感是高光谱分辨率遥感（Ｈｙｐｅｒｓｐ ｅｃ－ｔｒａｌ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ） 的简称［３］ ，它是在电磁波谱的紫外、可见光、近红外、中红外和热红外波段范围 内，获取许多非常窄且光谱连续的影像数据的技 术，是在传统的二维遥感的基础上增加了光谱维，形成的一种独特的三维遥感。对大量的地球表面物质的光谱测量表明， 不同的物体会表现出不同的光谱反射和辐射特征，这种特征引起吸收峰和反射峰的波长宽度在５～５０ｎｍ左右，其物理内涵是不同的分子、 原子和离子的晶格振动，引起不同波长的光谱发射和吸收，从而产生了不同的光谱特征。运用具有高光谱分辨率的仪器，通过获取图像上任何一个像元或像元组合所反映的地球表面物质的光谱特性， 经过后续数据处理，就能达到快速区分和识别地球表面物质的目的［ ４］ 。高光谱遥感的成像光谱仪具有光谱分辨率高（５～１０ｎｍ），光谱范围宽（０．４μｍ～２．５μｍ） 的显著特点，可以分离成几十甚至数百个很窄的波段来接收信息， 所有波段排列在一起能形成一条连续的完整的光谱曲线，光谱的覆盖范围从可见光、近红外到短波红外的全部电磁辐射波谱范围。高光谱数据是一个光谱图像的立方体，其空间图像维描述地表二维空间特征，其光谱维揭示图像每一像元的光谱曲线特征，由此实现了遥感数据图像维与光谱 维信息的有机融合［ ５］ 。高光谱遥感在光谱分辨率方面的巨大优势，使得空间对地观测时可获取众多连续波段的地物光谱图像， 从而达到直接识别地球表面物质的目的。地物光谱维信息量的增加为遥感对地观测、地物识别及地理环境变化监测提供了
高光谱遥感基本概念 高光谱遥感用很窄而连续的光谱通道对地物持续遥感成像的技术。在可见光到短波红外线波段其光谱分辨率高达纳米数量级，通常具有波段多特点，光谱通道数多达数十甚至上百以上，而且各光谱通道间往往是连续的，因此又称成像光谱遥感。 地物光谱特征：自然界中任何地物都具有其自身的电磁辐射规律，如具有反射、吸收，外来的紫外线、可见光、红外线和微波的某些波段的特性，他们有都具有发射某些红外线、微波的特性；少数地物还具有透射电磁波的特性。 混合像元的分解：从一个像元的实际光谱数据（一般为地物光谱混合的数据）中提取各种地物成分所占的比例的法。 成像光谱：就是在特定光谱域以高光谱分辨率同事获得连续的地物光谱图像，这使得遥感应用可以在光谱维上进行空间展开，定量分析地球表层生物理化过程与参数。 高光谱：它是一种图谱合一的成像方式，常用于遥感或同时获取图像和光谱信息的应用。 地物光谱：地物的反射率随入射波长而变化的规律。数据融合⑴概念：遥感数据融合包括不同传感器、不同空间分辨率、不同时相图像的融合，以及遥感数据与其他辅助数据如地形数据、物化探数据的融合。 ⑵三个层次：像素级，特征级，决策级。 植被指数：当光照射在植物上时,近红外波段的光大部分被植物反射回来,可见光波段的红光则大部分被植物吸收,通过对近红外和红波段反
射率的线性或非线性组合,可以消除土地光谱的影响,得到的特征指数称为。 表观光学量AOP：指随入射光场变化而变化的水体光学参数。 固有光学量IOP：指不随入射光场变化而变化，仅与水体成分有关的光学量。水色遥感：就是利用光学量来反演出水体成分的浓度。 几何校正：消除几何畸变，即定量的确定图像上的像元坐标（图像坐标）与目标物的地理坐标（地图坐标）的对应关系。 为什么要进行几何校正？遥感影像的总体变形（相对于地面真实形态而言）是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲及其他变形综合作用的结果。产生畸变的图像给定量分析及位置配准造成困难，因此遥感数据接收后，首先由接收部门进行校正，这种校正往往根据遥感平台、地球、传感器的各种参数进行处理。而用户拿到这种产品后，由于使用目的不同或投影及比例尺的不同，仍旧需要作进一步的几何校正。 几何校正的两个步骤：1、像元坐标转换的两种方法 ①直接纠正法：从原始图象阵列出发，依次对其中每一个像元分别计算其在输出（纠正）图像的坐标。②间接纠正法：从原始图象阵列出发，依次计算每个像元P（X, Y）在原始图象中的位置P（x, y），然后将该点的灰度值计算后返送给P（X, Y）。2、像元灰度值重新计算计算每一点的亮度值。由于计算后的（x，y）多数不在原图的像元中心处，因此必须重新计算新位置的亮度值。一般来说，新点的亮度值介于邻点亮度值之间，所以常用内插法计算。通常有三种方法：最近邻法双向线性内插法三次卷积内插法。
第27卷 第5期 红 外 技 术 V ol.27 No.5 2005年9月 Infrared Technology Sep. 2005 347胡培新 １ 马艳华１ 摘要但是由于航空平台的姿态变化比较剧烈 并对飞行实验影像进行了处理 线阵推扫成像光谱仪 共线方程 中图分类号1001-8891(2005)05-0347-06 An Operational Airborne Linear Pushbroom Imaging Spectrometer XU Wei-ming 1HU Pei-xin 1WANG Jian-yu 1 1.Shanghai Institute of Technical Physics, CAS, Shanghai 200083, China Abstract linear pushbroom imaging spectrometer collinear equations 引言 当前例如 ＡｉｒＭＩＳＲ 安装在卫星上的有SPOT ??′?3é??ò?DD ·é?úμ?×?ì?±??ˉ ±è????áò?±·éê±o??òí¨3￡ò2???ü±￡3??ú5° 以内 导致影像难于进行后续处理和使用 姿态位置测量系统用于测量成像时的外方位元素 得到可视性较好的影像 1 系统介绍 本课题组研制的系统主要由三个部分构成一个PAV30平台 两个视场之 间具有2° 的重合 PGP(棱镜棱镜) 分光的技术路线如表 1 ?ú??????é???óD??DDD?òa?óμ???1a?×3é??ò?òò′?′ó?á11D?ê?μ?????oí1a?ú×°D￡μ?·?·¨á?·????áo? ??DDéè??°′×÷òμ???èh 国家863 十五计划项目
仪器名称：激光显微拉曼成像光谱仪 数量：1套，进口 用途：研究级激光显微拉曼成像光谱仪，具有快速拉曼成像、自动化光学控制系统、高灵敏度检测方式、多功能软件及拉曼数据库等分析功能，可以广泛应用于生物样品的拉曼光谱检测及拉曼成像分析,以及材料、物理、化学、生物、地质等领域的物质结构鉴定和分子相互作用分析。具体应用如下： 1. 表面增强拉曼散射（SERS）：采用SERS技术可对核酸、蛋白等各种重要的生物分子及疾病标志物进行高灵敏度检测。 2. 拉曼成像分析：通过共聚焦激光扫描方式，能实现细胞或组织中特定目标靶分子的实时拉曼成像分析，能实现快速扫描；同时可用于药物与生物分子的相互作用研究。 3. 物质结构鉴定：可进行爆炸物、聚合物等多种物质的结构和组成分析。 4. 能升级与原子力显微镜、近场光学显微镜等联用（RAMAN/AFM等），无需对拉曼光谱仪主机进行改造。 技术指标（标注有* 的部分为重要技术条款，不能有负偏离）： 一、主机系统（本项中关键性能指标需在标书中注明测试条件） 1. 光谱仪：光谱仪采用消色差消像差光路设计，系统信号光路通光效率>30%；或采用光纤耦合无反射镜设计。 2. *灵敏度：单晶硅三阶峰的信噪比优于20:1，可观察到四阶峰。 3. *光谱分辨率：≤2 cm-1 4. *光谱重复性：优于±0.2cm-1 5. 共聚焦技术： （1）软件控制机械式针孔式真共聚焦技术，或采用新型共焦显微技术，保证层析测量的精度； （2）*空间分辨率：横向分辨率≤1微米，光轴方向纵向分辨率≤2微米，共焦深度需精确连续可调。 二、激光激发组件：配备532 nm/633 nm(或638nm)/785 nm三组激光器。 1．532nm高亮度长寿命固体激光器，激光输出功率≥20mW, TEM00空间模式。532nm激发时拉曼光谱测量范围至少覆盖100cm-1~6000cm-1拉曼位移。 2．785nm 高亮度长寿命半导体激光器，激光输出功率≥80mW, TEM00空间模式。拉曼光谱测量范围至少涵盖100cm-1~3100cm-1拉曼位移
收稿日期:2014-09-21;修订日期:2014-10-24 基金项目:国家863计划(2011AA12A103);中国地质调查局工作项目(1212011120227) 作者简介:贤光(1988-),女,博士生,主要从事航空成像质量研究。Email:xg1004@https://www.doczj.com/doc/4511570769.html, 导师简介:颜昌翔(1973-),男,博士生导师,研究员,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。Email:yancx@https://www.doczj.com/doc/4511570769.html, 温度对机载成像光谱仪光学性能的影响 贤光1,2,颜昌翔1,吴从均1,张军强1 (1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033; 2.中国科学院大学,北京100049) 摘要:为了研究温度对机载成像光谱仪光学性能的影响,分析了机载环境下仪器温度载荷的特点,阐述了温度载荷的作用机理和表现形式,研究了光谱仪的热光学性能。首先,分析了机载环境下温度载荷特点;其次,以最小二乘法和坐标转换法为理论依据,编制了面形误差及刚体位移求解程序,并结合有限元法计算了光机系统在温度载荷作用下各镜面的变形值和刚体位移大小;最后,对变形后的光学系统进行了光线追迹,求解了镜面刚体位移导致的谱线位置变化,研究其谱线漂移特性,并计算了刚体位移对传递函数(MTF)的影响。计算结果表明,±10℃温度变化范围内,谱线漂移量小于光谱定标精度要求的1/3,不需要再进行光谱定标和光谱修正;系统传递函数也能够满足成像质量要求。这些结论会对仪器研制有很大的工程实用价值。 关键词:谱线漂移;遥感;温度载荷;光学传递函数;成像光谱仪 中图分类号:TH73；O433.4；TP391.9文献标志码:A 文章编号:1007-2276(2015)05-1647-07Effect of temperature on airborne imaging spectrometer optical properties Xian Guang 1,2,Yan Changxiang 1,Wu Congjun 1,Zhang Junqiang 1 (1.Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China; 2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China) Abstract:In order to study the effect of temperature on airborne imaging spectrometer optical performance,the characteristics of the instrument under temperature load onboard were analyzed,the mechanism and manifestations of temperature load were described,the thermal performance of the spectrometer was studied.Firstly,the characteristics of the temperature load under airborne was analyzed.Secondly,the least squares method and coordinate transformation method were taken as the theoretical basis for the preparation of the surface error and rigid displacement solver,combined with the finite element method to calculate the deformation and rigid body displacement of the mirror of the optical systems at a temperature load.Finally,a ray tracing was used to solve the mirror line position change due to displacement of the rigid body displacement,study its spectral drift,and calculate the effect of the rigid body displacement on the modulation transfer function(MTF).The results show that within the range ±10℃,line drift is less than 1/3of the required accuracy of spectral calibration,no further spectral 第44卷第5期 红外与激光工程2015年5月 Vol.44No.5Infrared and Laser Engineering May 2015