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空间光学遥感器光学镜面有限元分析结果的后处理

空间光学遥感器光学镜面有限元分析结果的后处理
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空间光学遥感仪器的十项主要技术指标浅析

空间光学遥感仪器的十项主要技术指标浅析 空间光学是利用航天飞机、卫星、飞船、空间实验室、空间站等空间飞行器,利用光学手段对目标进行遥感观测和探测的科学技术领域。主要手段是把光波作为信息的载体收集、储存、传递、处理和辨认目标信息的光学遥感技术。 空间光学的优势有很多,一是对地观测优势,空间光学可以对地球环绕观测地球的每一个角落,可以对地表成非常清晰的像,对于大气观测,灾害预报,环境监测,资源探测等方面有很大的优势。二是太空没有国界的限制,地表100公里以上的区域还是一片各方都可以涉足的无主之地。三是对外观测,过去人们曾经建过很多地面望远镜,但是地面望远镜受到大气扰动的影响,达不到望远镜的衍射极限分辨率。空间望远镜处于真空环境下,受到大气扰动小,更有利于达到望远镜的衍射极限分辨率。 空间光学遥感仪器的主要技术指标有以下几项: 1)空间分辨率 空间分辨率是指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或者大小,是用来表征影响分辨地面目标细节的指标。空间分辨率所表示的尺寸、大小,在图像上是离散的、独立的,它反映了图像的空间详细程度。空间分辨率越高,其识别物体的能力越强。 目前的空间遥感仪器基本上都是采用CCD或者CMOS作为探测器收集信息的,如果地面分辨率为1m,意味着CCD的一个像元对应地面宽度是1m。 空间分辨率示意图(资料来源:上帝之眼) 2)调制传递函数MTF 从信息角度来看,光学系统作为一个信息系统,输出的信息相对于输入的信息肯定会丢失一部分。我们常常使用对比度来表征这种信息,即MTF=(输出图像的对比度)/(输入图像的对比度),由于输出图像的对比度总是小于输入图像,所以MTF总是处于0-1之间。再根据不同的空间频率,即可获得系统的MTF图。

哈工大工程光学大作业_一种长焦距远摄物镜光学结构介绍

工程光学大作业 一种长焦距远摄物镜光学结构介绍 二零一二年六月

摘要 大口径长焦距远摄物镜光学结构,折反射主镜(2)位于反射主镜(3)前端,其特点是:在折反射主镜(2)的前端还设置有一分离式的,至少一面为曲面的修正透镜(1)。本实用新型可使光学仪器短镜身、口径大、焦距长、并可采用普通光学材料制成反射镜、其镜面形状均为球形,极易于生产加工,具有低球差、低彗差、高分辨率的成像质量。 关键词:远摄镜头;光学系统;复消色差 一种长焦距远摄物镜光学结构简介绍 一、相关领域研究背景 二十世纪电子工业的发展达到了一个新的高峰,光的特质性越来越体现其运用的广泛性。光电结合的产品一数码相机、激光设备等正在不断的发展和完善,现代光学在国防、航天等各个方面如激光信息元件、光电子应用领域已非常很广泛。 光电子信息处理产品包括数码照相机、照相手机、扫描仪、激光读取头、多

媒体投影仪、投影电视、网络摄像头等,光学在电子领域的运用已经不断的冲击传统光学领域每一种产品,如何将光学传统产业如照相机、望远镜等合理的与现代光电子学进行接洽、融合是传统光学设计的一大难点。 二、具体光学结构介绍 本文所介绍的物镜由折反射主镜、反射主镜、转向机构和镜头简体组成,折反射主镜位于反射主镜前端,其特征是:在折反射主镜的前端还设置有一分离式的,至少一面为曲面的修正透镜;修正透镜所具有的曲面均为球面;修正透镜既可以是一面为凸球面一面为凹球面,也可以是一面为平面一面为凸球面。本物镜的修正透镜与折反射主镜有效口径D 一致,其有效口径D 范围为60—300ram,其中优选相对口径为D /F :1/6~1/10;本实用新型修正透镜与折反射主镜的间 隔距离为,t H H L R R ++=32。该公式中,2222)2/(2D R R H R --=, 2233)2/(3D R R H R --=,;50~0mm t =其中:2R 为修正透镜的第二面半径,R3为折反射主镜的第一面的半径,2R H 为2R 面的弧高,3R H 为3R 面的弧高, D 为修正透镜的有效口径,t 为间隔的最合理变化区域。 下面结合图示进一步阐述本物镜工作原理。如图2为本折反射式远摄光学结构系统光学光路图,图3为其结构示意图。

空间遥感短波红外成像光谱仪的光学系统设计

第31卷第12期2009年12月 红外技术 InfraredTechnology Vbl.31NO.12 Dec.2009空间遥感短波红外成像光谱仪的光学系统设计 王欣,杨波,丁学专,刘银年,王建宇 (中国科学院上海技术物理研究所,上海200083) 摘要:设计了一种短波红外成像光谱仪的光学系统。它采用离轴透镜来校正大视场像差,避免了采用大12径同心透镜,降低了大12径透镜获取难度和加工要求,同时校正了狭缝弯曲和畸变;采用两个离轴非球面反射镜作为准直和会聚光学元件,补偿了与波长相关的狭缝弯曲,并减小了残余像差;采用一个色散棱镜来修正非线性色散,满足了光谱分辨率要求,在棱镜背面镀反射膜,简化了结构,减轻了重量。最后给出了各个通道的光谱非线性和光谱弯曲结果。 关键词:短波红外成像光谱仪;离轴校正透镜;色散棱镜;光谱非线性;光谱弯曲 中图分类号:TN216文献标识码:A文章编号:1001—8891(2009)12-0687—04 TheOpticalDesignofShortwaveInfraredImagingSpectrometerinSpaceWANGXin,YANGBo,DINGXue—zhuan,LIUYin—nian,WANGJian—yu (ShanghaiInstituteofTechnical&Physics,theChineseAcademyofSciences,Shanghai200083,China)Abstract:Thispapergivesabriefintroductionabouttheopticalstructureoftheshortwaveinfraredimagingspectrometerusedinspace.Thissystemadoptsanoff-axisleninordertoadjustlargefield aberration.Thissystemavoidslargediameterconcenterlensandtheproductiondifficultyisdecreased.Twooff-axisasphericmirrorswhichcompensatespectralcurveareusedtocollimateandfocusbeam.Oneprismcorrectsnonlineardispersionandmeetstherequestofspectralresolution.Reflectioncoatingismadeintherearsurface.ThesystemissimplifiedandhasalightWeight.Finallytheresultofspectralnonlinearandcurvedataisshowed.Keywords:shortwaveinfraredimagingspectrometer;off-axiscorrectionlen;dispersionprism;spectralnonlinear;spectralcurve 引言1短波红外成像光谱仪的光学结构设计 成像光谱仪能够同时获取观测目标的空间几何信息和光谱信息,具有独特的信息获取和特征识别能力。它作为一种重要的对地观测手段,在国民经济、科学研究诸多领域有着广泛的应用前景,另外还具备战略战术侦察能力…。 在设计整个成像光谱仪中,光学系统设计决定仪器的最后性能12l。短波红外光谱仪的光学系统由准直光学系统、色散元件、成像光学系统三个部分组成。相对OASISTM和其它棱镜分光结构【4J,色散元件选择采用一个棱镜分光,满足了光谱非线性的要求,在棱镜背面镀反射膜,取消了利特罗反射镜;离轴校正透镜的采用,调节了光谱仪的畸变,避免了OASIS采用大口径透镜同时穿插在准直光束和色散光束中15J,减小了大口径透镜的制造难度。 短波红外光潜仪的光学系统与离轴三反望远镜相结合,可以完成在1.40视场下,对l~2.5¨m(即短波红外波段)色散后的64个波段分谱段成像。系统的主要指标如下: 光谱范闹:1~2.5Um; 物方数值孔径:0.2; 色散范围:1.92InlTl; 平均光谱分辨率:23.4am; 光谱弯曲:<1个像元(像元尺寸为30um); 变焦比:0.8; 入射狭缝尺寸:19×0.038mm; 畸变:小于5%o; 光学效率:>0.45。 1.1色散元件的选择 收稿日期:2009-09—151修订日期:2009—11-24. 作者简介:王欣(1977一)。女,陕西杨凌人,博上研究q三,上要从事航天遥感红外成像光学系统方面的研究工作。 基金项目:国家863项目 687万方数据

高光谱遥感的发展与应用_张达

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

光学遥感常用基础知识_V1.0_20110314

光学遥感常用基础知识 1. 遥感与摄影测量概述 遥感Remote Sensing 遥感是应用探测仪器,不与探测目标相接触,从远处把目标的电磁波特性记录下来,通过分析,揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。 遥感的分类 (1)按遥感平台分 地面遥感:传感器设置在地面平台上,如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等。 航空遥感:传感器设置于航空器上,主要是飞机、气球等。 航天遥感:传感器设置于环地球的航天器上,如人造地球卫星、航天飞机、空间站、火箭等。光学和雷达都属于航天遥感范畴。 航宇遥感:传感器设置于星际飞船上,指对地月系统外的目标的探测。 (2)按传感器的探测波段分 紫外遥感:探测波段在0.05~0.38μm之间。 可见光遥感:探测波段在0.38~0.76μm之间。因受太阳光照条件的极大限制,加之红外摄影和多波段遥感的相继出现,可见光遥感已把工作波段外延至近红外区(约0. 9μm)。在成像方式上也从单一的摄影成像发展为包括黑白摄影、红外摄影、彩色摄影、彩色红外摄影及多波段摄影和多波段扫描,其探测能力得到极大提高。因此我们常见的光学遥感属于可见光遥感范畴。 红外遥感:探测波段在0.76~1000μm之间。 微波遥感:探测波段在1mm~10m之间。雷达属于微波遥感范畴。 多波段遥感:指探测波段在可见光波段和红外波段范围内,再分为若干窄波段来探测目标。 (3)按传感器类型分 主动遥感:主动遥感由探测器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散射信号。我们常用的雷达属于主动遥感范畴。 被动遥感:被动遥感的传感器不向目标发射电磁波,仅被动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量。我们常用的光学属于被动遥感范畴。 (4)按记录方式分 成像遥感:传感器接收的目标电磁辐射信号可转换成(数字或模拟)图像。 非成像遥感:传感器接收的目标电磁辐射信号不能形成图像。 (5)按应用领域分 可分为环境遥感、大气遥感、资源遥感、海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感等等。 遥感平台Platform 搭载传感器的工具。

自由曲面在空间光学的应用

自由曲面在空间光学中的应用 在当今的生活中,自由曲面(Free-form )扮演着越来越重要的角色。如汽车车身、飞机机翼和轮船船体的曲线和曲面都是自由曲面。到底什么是自由曲面?简单来讲,在工业上我们认为就是不能用初等解析函数完全清楚的表达全部形状,需要构造新的函数来进行研究;在光学系统中,光学自由曲面没有严格确切的定义,通常是指无法用球面或者非球面系数来 表示的光学曲面,主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。在我们的日常生活中,打印机、复印机以及彩色CRT中都会用到光学自由曲面。鉴于光学自由曲面 在我们的生活中扮演着越来越重要的角色,所以,以下就自由曲面在空间光学方面的情况进 行了调研。 一、自由曲面简介 光学自由曲面没有严格确切的定义,通常指无法用球面或者非球面系数来表示的光学曲 面,主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。光学自由曲面已经渗透 到我们生活中的各个角落,如能改善人类视觉质量的渐进多焦点眼镜,就是自由曲面技术在 眼用光学镜片中的成功应用。 自由曲面光学镜片主要有两种:一是自然形成的曲面;二是人工形成的曲面。人工形成 的自由曲面又分为一次成型和加工成型两种形式。 二、自由曲面运用的原因 空间遥感光学系统是在离地200km (低轨卫星)以上的轨道对地面目标或空间目标进行光学信息获取,具有遥感成像距离远的特点。如何在几百公里遥感距离下获得较高分辨率的同时保证较宽的成像幅宽是推动空间遥感光学不断发展的源动力。 光学系统的入瞳直径是决定空间相机地面像元分辨率的主要因素之一,在一定F/#的 前提下,入瞳直径越大,空间相机地面像元分辨率越高。但入瞳直径的增加,意味着所有与 孔径相关的像差增加。受空间环境中力学、热学、压力等因素的制约,当入瞳直径增大到一 定程度(通常200 mm以上),光学系统一般采用反射式或折反射式方案。为了简化光学系统形式,仅采用球面镜是无法平衡由于入瞳直径增加而剧增的像差,然而通过运用自由曲面 的应用,可以解决像差增大的问题。由于自由曲面光学元件具有非对称结构形式,能够提供

光学遥感

高分辨率遥感卫星的发展综述 ——514104001459鞠乔俊摘要:遥感卫星在近十年内得到了飞速的发展,无论在国民经济建设、减灾防灾与地图测绘,以及军事测绘与情报收集等方面都具有十分广阔的应用前景。目前,高分辨率遥感数据已经成为国家基础性、战略性资源,广泛应用于精确制图、城市规划、土地利用、资源管理、环境监测和地理信息服务等领域。本文对高分辨率成像卫星发展,当前国内外的发展进行了分析研究,对其军事应用与民用现状进行了分析,最后对高分辨率成像卫星及其应用的未来发展做了展望。 关键字:高分辨率遥感卫星发展 1引言 遥感(Remote sensing)是在不直接接触的情况下,对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术。而遥感器用于探测或感测不同波段电磁波谱的发射、反射特性。遥感卫星的问世,使人类研究地球、认识地球的观点从地面、低空扩展到太空,从而可以对地球进行连续、快速、综合和大面积的详细观测,更全面、更清晰、更深刻地了解地球及其周围环境,对国计民生产生巨大的促进作用。遥感卫星也叫对地观测卫星,有光学成像卫星和雷达成像卫星2种,前者携带可见光、红外和多光谱等遥感器,最大优点是分辨率高;后者携带合成孔径雷达等遥感器,最大优点是可以全天候工作。自1999年美国太空成像公司发射世界首颗商业高分辨率遥感卫星IKONOS以来,一度披着神秘面纱的高分辨率卫星影像日益为普通百姓所熟悉,而且正在成为人们生活的一部分。目前,几乎任何人或国家都可以购买世界任何地区的商业高分辨率卫星影像,只要点击鼠标,就能在网上浏览所在城市的高分辨率卫星影像。 高分辨率遥感卫星所带来的巨大军事与经济效益,引起全球民用与军事应用领域的高度重视,出现了各国竞相研究开发高分辨率遥感卫星及其应用技术的热潮,在短短的7年内有了飞速的发展,出现了技术不断扩散的发展趋势。高分辨率遥感卫星的不断发展及技术的扩散,既为我们提供了新的机遇,同时也提出了严峻的挑战。新的机遇是可利用的高分辨率卫星影像资源得到了极大的丰富,面

高精度卫星光学遥感器辐射定标技术_郑小兵

收稿日期:2011-04-24 基金项目:国家863计划(2008AA121203)资助。 高精度卫星光学遥感器辐射定标技术 郑小兵1,2 (1中国科学院通用光学定标和表征技术重点实验室,合肥230031) (2中国科学院安徽光学精密机械研究所光学遥感中心,合肥230031) 摘要随着长期气候变化等观测新需求和高分辨对地观测等新手段的发展,空间光学仪器面临进一步提高辐射定标精度的要求。文章从空间光学仪器定标精度的制约因素和全过程定标的实现等方面,分析了国际相关领域的技术进展,并就新型定标技术的研究和应用提出建议与展望。 关键词辐射定标光学遥感卫星 中图分类号:V443+.5 文献标识码:A 文章编号:1009-8518(2011)05-0036-08High-Accuracy Radiometric Calibration of Satellite Optical Remote Sensors Zheng Xiaobing (1Key Laboratory of Optical Calibration and Characterization,Chinese Academy of Sciences ,Hefei 230031,China ) (2Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences ,Hefei 230031,China ) Abstract Climate change monitoring and high resolution earth observation demand higher accuracy of abso -lute calibration for space optical sensors.This paper briefly discusses the progress and constrained factors of cur -rent radiometric calibration techniques.New calibration approaches and instrumentations such as hyperspectral and spectrally tunable reference light sources,and global calibration site network are introduced,and their ap -plications are suggested. Key words Radiometric calibration Optical remote sensing Satellite 1引言 光学辐射定标主要研究光辐射传感器的输出与已知的、用SI 单位表述的输入光辐射之间的定量关系,包括各种光辐射效应的定量化、光辐射的精确测量及其不确定度评估,光辐射传感器的综合特性表征,以及光辐射传感器的工作条件对其性能影响的评估等方面的内容。 光辐射是光学遥感信息的基本载体。各种平台上光学传感器的几何和光谱分辩能力都与其光辐射的准确测量能力直接相关。辐射定标在空间对地观测观测过程中所发挥的主要作用表现为: 1)实现各类光学传感器从预研-工程研制-在轨运行的全过程定标,保证传感器的精度能够满足应用需求; 2)统一不同平台、不同传感器的辐射量化标准,使不同时间、空间条件下获得的遥感信息可以比对、转换和融合; 3)通过动态监测,校正传感器的性能衰变,修正大气、照明条件、环境变化等对测量结果的影响,保证测第32卷第5期 2011年10月 航天返回与遥感SPACECRAFT RECOVERY &REMOTE SENSING 36

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