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IMEC實時多光譜相機機載應用案例

多（高）光譜成像技術起源于地質(zhì)礦物識別填圖研究，逐漸擴展為植被生態(tài)、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大氣的研究中。對空間探測、軍事安全、國土資源、科學研究等領域都具有非常重要的意義。

所謂多（高）光譜圖像就是在光譜維度上進行了細致的分割，不僅僅是傳統(tǒng)所謂的黑、白或者R、G、B的區(qū)別，而是在光譜維度上也有N個通道，例如：我們可以把400nm-1000nm分為300個通道。因此，通過多（高）光譜設備獲取到的是一個數(shù)據(jù)立方，不僅有圖像的信息，并且在光譜維度上進行展開，結果不僅可以獲得圖像上每個點的光譜數(shù)據(jù)，還可以獲得任一個譜段的影像信息。

目前多（高）光譜成像技術發(fā)展迅速，常見的包括光柵分光、聲光可調(diào)諧濾波分光、棱鏡分光、芯片鍍膜等。

芯片鍍膜

近年來，IMEC(歐洲微電子研究中心)采用高靈敏CCD芯片及SCMOS芯片研制了一種新的多（高）光譜成像技術，在探測器的像元上分別鍍不同波段的濾波膜實現(xiàn)多（高）光譜成像，此技術大大降低的多（高）光譜成像的成本。

Line Scan

Real-time

影像質(zhì)量

視取像技巧而定

256×256

取像時間

長

非常短

整合變化性

靈活、相機光譜儀可搭配

目前只有600-1000nm，客制化需求有限制

機構設計

已成熟但耗成本

不需要

光譜分析能力

＜1nm

~10nm

適應范圍

非實時性、戶外、實驗室

全面

軟件控制

已成熟

初期開發(fā)階段

數(shù)據(jù)管理

很大，分析儲存皆不易

不大，易于分析

目前IMEC提供三種標準的光譜探測器：100波帶的線掃描探測器，32波帶的瓷磚式鍍膜探測器，25波帶以5x5為一個波段的馬賽克式鍍膜探測器。

這種光譜技術的優(yōu)點是可以同時獲得光譜分辨率和空間分辨率，可以進行快速、高性能地獲得光譜信息和空間信息，研發(fā)度高，成本低。但是缺點是光譜靈敏度較低，一般大于10nm，多用于無人機等大范圍掃描的光譜應用領域。此次實驗用到的IMEC相機芯片就是屬于芯片鍍膜。

收集大數(shù)據(jù)分析農(nóng)作物長勢、病蟲害和農(nóng)田墑情等信息可以讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加精準高效。獲取這些大數(shù)據(jù)，就要先確定“視場擺掃成像技術”的可行性。而此技術的難點在于在無人機劇烈姿態(tài)擾動下保證拍攝圖像的清晰度，上海技術物理研究所亓老師團隊采用小型六邊翼無人機搭載多光譜相機（3軸云平臺）成功實施了多次數(shù)據(jù)收集。

該技術難點的攻破對于機載高光譜成像數(shù)據(jù)收集具有提高高光譜分辨率、高空間分辨率、高時間分辨率和低成本獲取的顯著優(yōu)勢，能夠克服傳統(tǒng)航天技術手段代價高、時效性不強等瓶頸，可開展大范圍，高頻次的遙感數(shù)據(jù)獲取，并大大降低費用。

目前，無人機多（高）光譜遙感飛行，可廣泛應用于國土、規(guī)劃、環(huán)保、水利等行業(yè)和領域。

在實驗中，上海技術物理研究所亓老師研究團隊研發(fā)采用小型六邊翼無人機搭載多光譜相機（3軸云平臺），先后兩次（每次6條航線）在150m高度成功獲取了太倉光榮村試驗區(qū)近1平方公里的多（高）光譜數(shù)據(jù)。據(jù)上海技術物理研究所亓老師介紹，這套實時多光譜成像系統(tǒng)包括了25個有效波段，波長區(qū)間為600-1000納米，每秒鐘可獲取512×512像素的照片3張（外觸發(fā)）。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以很好地分析出植物的生長狀況、土壤內(nèi)有機物含量等信息。經(jīng)過分析和處理，這些數(shù)據(jù)質(zhì)量達到了預期標準，是國內(nèi)為數(shù)不多在小型六邊翼無人機成功獲取的高光譜試驗數(shù)據(jù)的技術團隊。

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