長春光学研究所、フィルター分光型ハイパースペクトルカメラの開発状況と動向を分析

ハイパースペクトル カメラは、イメージング技術とスペクトル検出技術を組み合わせることができ、ターゲットの空間的特徴をイメージングしながら、空間画像要素ごとに複数の狭帯域を形成して連続的なスペクトル範囲を実現でき、さまざまなスペクトル情報が物理的な差異を完全に反映できます。特徴内の構造と化学組成。 従来の 2 次元空間イメージングと比較して、ハイパースペクトル カメラはターゲットに関する空間情報とスペクトル情報を取得できます。 特定の空間解像度で、広範囲のスペクトル帯域で地表特徴の独自の連続スペクトル特徴を実現できます。これは、地表特徴を正確に識別および検出する上で大きな利点があります。 農業、林業、水、土壌、鉱業、その他の資源調査や環境モニタリングに多大な応用価値があります。

フィルターコーティング技術の急速な発展に伴い、フィルター分光ハイパースペクトルカメラの開発が広範囲に推進されています。 フィルター分光原理に基づくハイパースペクトル カメラは、広い帯域幅、高い空間分解能、高いスペクトル分解能、軽量かつ小型という利点を備え、ハイパースペクトル リモート センシング負荷に不可欠な部分となっています。 これらは、マイクロ・ナノ衛星のハイパースペクトル・コンステレーションのネットワークで広く使用されています。

マクマスターズコンサルティングによると、中国科学院長春光学・精密機械物理学研究所のLiu Chunyu氏の研究グループは最近、「フィルター分光ハイパースペクトルカメラの現状と傾向」というテーマで学術誌「Infrared and Laser Engineering」に論文を発表したという。発達。" Liu Chunyu は主に光学システム設計と光電子システムの全体設計の研究に従事しています。

ハイパースペクトルイメージング原理の模式図

この研究では、主にフィルター分光ハイパースペクトルカメラをレビューし、国内外の典型的なフィルター分光オンボードハイパースペクトルイメージングペイロードと地上で開発中のフィルター分光ハイパースペクトルイメージングシステムを紹介し、技術ソリューション、性能指標、アプリケーションを分析します。これらのシステムの展望を説明し、フィルター分光原理に基づくハイパースペクトルカメラの技術的特徴、利点、欠点を説明します。 フィルター分光原理に基づくハイパースペクトルカメラの技術的側面、利点、欠点を説明し、最後にフィルター分光カメラの開発動向を予測します。

フィルター ホイール ハイパースペクトル カメラは、フィルター ホイールをスペクトル要素として使用し、フィルター ホイールを回転させることでさまざまな波長帯域のスペクトル画像を取得し、複素光から単色光までのスペクトル分離を完了します。 フィルター ホイール ハイパースペクトル カメラの重要なコンポーネントはフィルター ホイールです。フィルター ホイールは、さまざまな観察帯域に応じて、対応するスペクトル範囲を置き換えることができます。 スペクトルイメージング技術の発展に伴い、検出バンド数が増加し、フィルターホイールでは広範囲の高解像度観察に対応できなくなったため、マルチスペクトル検出での使用が増えています。

チューナブル フィルター ハイパースペクトル カメラは、スペクトル コンポーネントとしてチューナブル フィルターを使用しており、主に、液晶チューナブル フィルター (LCTF) ハイパースペクトル カメラ、音響光学チューナブル フィルター (AOTF) ハイパースペクトル カメラ、および MEMS チューナブル FP キャビティ カメラに分かれています。 MEMS 調整可能なファブリー ペロー キャビティ フィルター (AOTF) ハイパースペクトル カメラ。

くさび形フィルター ハイパースペクトル カメラは、調整可能フィルター ハイパースペクトル カメラとしても知られており、スペクトル領域および空間領域での連続サンプリングを可能にします。 コンセプトは、くさび形の多層薄膜媒体をフィルターとして使用し、センサーのいくつかの画像要素が調整可能フィルターの特定のスペクトル帯域に対応するように、それを 2 次元アレイ検出器の近くに取り付けることです。 勾配フィルターのバーと検出器の画像要素の間の対応に応じて、勾配フィルター ハイパースペクトル カメラは線形勾配タイプとフィルター アレイ タイプに分類できます。

プログレッシブ線形フィルターの構造と分光法

「ナノ結晶」としても知られる量子ドットは、安定性が高く、大きな励起子波の半径よりも小さな半径を有する無機材料です。 異なる種類の量子ドットを統合することで、異なる波長を同時に検出できるようになります。これが量子ドット分光計 (CQD) 開発の原理です。 高精度の光学部品と機械部品を備えた分光計という従来の概念は、かさばり、高価で、複雑であり、用途が大幅に制限されています。

近赤外量子ドット分光器の原理図

一般にフィルター分光型ハイパースペクトルカメラは初期段階にあり、その分光分解能は高精度格子分散分光法に匹敵する必要がある。 さらに、フィルターと検出器を組み合わせると、システムのスペクトル分解能がさらに向上し、高精度回折格子分散分光法に匹敵することもあります。 したがって、フィルターと検出器のウェーハを組み合わせることが、コーティングされたハイパースペクトル カメラの重要な開発トレンドでもあります。 フィルターベースのハイパースペクトル カメラの開発がハイパースペクトル イメージングの分野で破壊的な成長を促進することは明らかであり、それがひいてはマイクロ ナノ衛星用のハイパースペクトル リモート センシング技術の開発を引き起こし、技術的な革新をもたらすでしょう。国家経済により良く貢献するために、軌道上でマイクロ・ナノ・ハイパースペクトル衛星群を将来運用するための基盤となる。

このプロジェクトは、中国国家自然科学財団（41504143）、中国科学院研究機器開発プロジェクト（YJKYYQ20190044）、安徽省自然科学財団（1908085 ME135）、および青少年イノベーション推進評議会の支援を受けました。中国科学院 (2016203)。