[發(fā)明專利]一種適用于野外遙感的便攜式地面高光譜成像光譜儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910089159.4
• 申請日: 2009-07-31
• 公開（公告）號: CN101620008A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙慧潔;程宣;李旭東;邢輝;賈國瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于野外遙感的便攜式地面高光譜成像光譜儀，適用于野外作業(yè)時，地面對地的高光譜遙感探測，屬于高光譜成像探測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，用于野外地面高光譜測量的成像儀大多為非成像型，分光元件以光柵為主，采用單點測量方式，比較著名的是美國分析光譜設(shè)備(ASD)公司的FieldSpec系列便攜式高光譜光纖光譜儀，而傳統(tǒng)的成像光譜儀大多采用推掃式或者擺掃式工作方式，分光原理主要為棱鏡、光柵分光或者干涉分光型，這些分光原理的光譜儀需要運動部件，體積、功耗較大，不適合輕便、低功耗、便攜的地面對地野外高光譜成像探測。不同于傳統(tǒng)的推掃式和擺掃式光譜成像系統(tǒng)，AOTF(聲光可調(diào)諧濾波器)光譜分光沒有運動部件，波長切換時間短，波長的選擇采用電控，屬于輕量化、低功耗的成像高光譜分光元件，非常適合用于野外地面光譜測量。非成像方式的AOTF光譜系統(tǒng)在生物、醫(yī)療等領(lǐng)域已經(jīng)有了較為成熟的應(yīng)用，用于特定光譜的定性分析和檢測。基于AOTF的光譜成像系統(tǒng)已有用于近距離光譜測量的實例，由于光強的透過率很大程度上受AOTF衍射效率的制約，加上圖像傳感器在不同波長范圍的量子效率的不同，造成不同波段的光譜響應(yīng)存在較大的不一致，在光譜分辨率較高的情況下影響尤為明顯，當(dāng)用于野外遙感測量時，由于受到外部環(huán)境的制約，在很大程度上影響數(shù)據(jù)的信噪比和動態(tài)范圍，給后續(xù)的應(yīng)用處理帶來了較大的難度。結(jié)合AOTF本身特點，設(shè)計適合地面對地野外高光譜成像遙感探測的便攜式儀器，具有重要的實用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于野外遙感探測的便攜式地面高光譜成像光譜儀，該儀器具有輕量化、操作簡便、便攜性好的特點，特有的優(yōu)化積分時間方法和拍攝模式的分類，有效的補償了儀器光譜響應(yīng)的不一致。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種適用于野外遙感探測的便攜式地面高光譜成像光譜儀，其特征在于包括下列部分：包括定焦鏡頭、聲光可調(diào)諧濾波器(Acousto-optic?Tunable?Filter，AOTF)成像模塊、圖像采集模塊、電源模塊、三腳架，

定焦鏡頭，用于遠距離目標(biāo)聚焦，通過標(biāo)準F接口與AOTF成像模塊連接；

AOTF成像模塊，包括AOTF成像單元和AOTF驅(qū)動電路，AOTF驅(qū)動電路輸出頻率可調(diào)的功率信號通過SMA射頻接口驅(qū)動AOTF成像單元，控制AOTF的分光波長，實現(xiàn)波長的可編程控制，控制信號由便攜式計算機通過USB總線提供，AOTF成像單元由AOTF和用于光學(xué)成像的前置和后置光學(xué)系統(tǒng)組成，在驅(qū)動信號的作用下進行光譜分光；

圖像采集模塊，包括面陣圖像傳感器和便攜式計算機，面陣圖像傳感器按照優(yōu)化好的積分時間進行圖像獲取，并通過IEEE1394總線將圖像數(shù)據(jù)傳輸至便攜式計算機，便攜式計算機根據(jù)所選的拍攝模式，采用優(yōu)化積分時間的方法對各個波段的拍攝時間進行控制，并進行數(shù)據(jù)采集；

電源模塊，由蓄電池組和多路穩(wěn)壓電路組成，與AOTF驅(qū)動電路和面陣圖像傳感器相連，為其提供所需的直流工作電壓；

三腳架用來放置和固定AOTF成像模塊和圖像采集模塊中的面陣圖像傳感器，同時用于儀器高度和姿態(tài)的調(diào)整。

本發(fā)明的原理是：根據(jù)拍攝場景的拍攝距離和視場范圍，選擇合適焦距的鏡頭，利用便攜式計算機運行儀器系統(tǒng)軟件對整個采集過程進行初始化，設(shè)置相關(guān)控制參數(shù)，包括面陣圖像傳感器的增益、偏置、量化位數(shù)、采集波段列表、顯示和存儲方式等；然后利用優(yōu)化積分時間的方法計算出各波段所需的積分時間的最優(yōu)值；便攜式計算機運行儀器系統(tǒng)軟件選擇合適的拍攝模式，通過USB總線控制AOTF驅(qū)動電路對AOTF進行波長選擇，AOTF驅(qū)動電路根據(jù)相應(yīng)的控制字通過SMA接口發(fā)送相應(yīng)頻率的驅(qū)動信號至AOTF，當(dāng)收到AOTF驅(qū)動電路反饋的“波長選擇完成”信號后，通過IEEE1394總線控制面陣圖像傳感器進行數(shù)據(jù)采集，采集后的數(shù)據(jù)通過IEEE1394總線傳輸至便攜式計算機；成像光譜數(shù)據(jù)伴隨著儀器工作的采集參數(shù)記錄和工作日志文件存儲在便攜式計算機硬盤上。

其中，所述的圖像采集模塊采用優(yōu)化積分時間的方法對不同波段的積分時間分別進行優(yōu)化控制，根據(jù)實際拍攝場景，現(xiàn)場優(yōu)化積分時間，得到各個波段所需的最佳積分時間。

其中，根據(jù)拍攝環(huán)境和拍攝地物的差異，設(shè)置不同的拍攝模式，利用優(yōu)化積分時間的方法得到不同模式下各波段所需的最佳積分時間，并將不同的拍攝模式對應(yīng)的最佳積分時間以查找表的形式固化在儀器的系統(tǒng)軟件中，實際野外作業(yè)時，選擇合適的拍攝模式進行數(shù)據(jù)采集。