红外超光谱成像傅里叶变换光谱仪与色散光谱仪的性能比较

本文对用于红外超光谱成像的扫描型色散光谱仪和凝视型傅里叶变换光谱仪的以信噪比为基础的性能进行了比较。由这两种光谱仪的焦平面收集的信息有很大的差异。在扫描型色散光谱仪中，二维焦平面列阵在一个方向上收集空间信息，在另一个方向上收集光谱信息，而第二个空间维度则由扫描机械及时扫出。傅里叶变换光谱仪的二维焦平面列阵在收集二维空间信息的同时收集光谱(干涉图)信息。对于这两种仪器来说，信号的形成以及从焦平面数据收集到最后超光谱数据立方体的噪声传播都迥然不同，因此使用的信号和噪声模型也有很大的差异。本文把噪声等效光谱辐射率(NESR)作为一个品质因数，对使用同一种光学系统、具有相同的空间分辨率、相同的图像面积、相同的光谱分辨率、相同的光谱范围和相同的成像时间的两种仪器的性能进行了比较。在光子噪声限条件(通过适当设计新式的红外焦平面列阵，这种条件已能达到)下，与非成像傅里叶变换光谱仪有关的传统多路传输和吞吐量优势化为乌有，本文将对其原因进行分析。本文讨论两种仪器的二维焦平面列阵的特性，例如帧速率和动态范围等，并说明两者之间的差异为何如此之大。最后，本文总结了这两种仪器的信号处理要求。     

折/衍混合多光谱红外成像光谱仪离轴系统设计

采用二元光学透镜作为分光元件的多光谱成像光谱仪,由于焦距随波长的变化改变了系统的F数,因此改变了系统的放大率,从而引起光谱图像的像元配准误差。为改进基于二元光学透镜的多光谱成像光谱仪的性能,首次提出将离轴三反射镜系统与具有二元光学透镜的变焦距系统相结合的新技术方案。设计了由三片二次非球面生成的无中心遮拦的前置望远镜,该望远镜不仅有利于提高多光谱成像光谱仪的集光能力,且有利于系统的小型轻量化。同时设计了含二元光学透镜的三片型变焦距组件,用来消除多光谱成像光谱仪的像元配准误差。整个多光谱成像光谱仪系统仅有6个单片,非常简单。另外,该系统在空间频率为20 c/mm时MTF超过0.3,充分满足红外焦平面探测器对多光谱成像系统分辨率的要求,像面尺寸为7.2 mm。适用于探测单元尺寸为25μm、规格为128×128元的红外焦平面探测器。     

非制冷色散式成像光谱仪辐射传递模型

根据接收信号信噪比,研究了基于非制冷微测辐射热计阵列构造色散式成像光谱仪的可行性.综合考虑目标红外辐射特性、大气传输透过率、仪器接收孔径、色散式光谱仪辐射传递特性、红外阵列探测器参数、数据链传输等环节,建立了完善的色散式长波红外成像光谱仪辐射能量传递模型.选用典型地物红外发射率数据,非制冷微测辐射热计红外焦平面阵列参数,利用低分辨率大气辐射传输计算软件LOWTRAN生成大气红外透过率曲线,依据传递模型,计算了以非制冷微测辐射热计阵列为探测器的色散式长波红外成像光谱仪可达到的光谱分辨率,验证了依据非制冷红外探测器构建小型红外成像光谱遥感器的潜力.     

袖珍高分辨率成像光谱仪的集成和测试

袖珍高分辨率成像光谱仪（ＣＨＲＩＳ）是一种空基成像光谱仪,具有１０ｎｍ的光谱分辨率,覆盖４１５ｎｍ￣１０５０ｎｍ光谱范围。标准空间有样间距为２５ｍ,采和较大的采样间距也有可能。系统可用程序控制谱带选择、谱带宽度和空间采样间距。Ｓｉｒａ公司计划把该仪器装载在一灵活的、重量为１００ｋｇ级别的小卫星上发射升空。小卫星将在太阳同步、距地近似８３０ｋｍ的高交角（ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ）轨道上运转。在这个高度     

多色红外成像器件

本发明提供一种多色红外成像器件，它有一个包含一层中波红外探测层和一层长波红外探测层的焦平面列阵．红外焦平面列阵表面有许多个像元．另外，该成像器件还带有用以接收中波红外和长波红外辐射的光具．     

PRISM：欧空局未来在对地观测任务中将使用的超光谱成像仪

ＰＲＩＳＭ是欧空局为利用卫星研究陆地表面而研制的一台星载超光谱成像仪。这项任务的主要目的是在局部地区到大面区域尺度从空间观测生物物理过程。设计ＰＲＩＳＭ是为了在中型太阳同步极轨卫星上飞行，并在两上光谱波段提供相互配准的光谱图像，在可见和短波红外波段（４５０－２３５０ｎｍ）它的光谱分辨率大约为１０ｎｍ，在热红外波段（３．５－１２．３μｍ）仪器可分成带宽的１μｍ的４个光谱波段。空间分辨率在地面大约为５     

应急地球同步业务环境卫星成像仪（上）

应急地球同步业务环境卫星（ＧＯＥＳ）成像仪这项研究,是根据现有ＧＯＥＳ卫星中的一颗或多颗卫星万一发生时可能需要一种用于气象观测的小型备用成像仪的情况而开展的。应急ＧＯＥＳ成像仪（ＥＧＩ）结构紧凑、重量轻。为了进行天气预报,可见光和红外波段需要最小的分辨率,其中１０．２－μｍ￣１１．２ｍμｍ红外波希的地面分辨率要求为１６ｋｍ,０．５μｍ￣０．７μｍ可见光波段的地面分辨率要求为４ｋｍ。由于ＥＧＩ尺寸小     

红外超光谱成像偏振仪

美国犹他州立大学空间动力实验室正在研制红外超光谱成像偏振仪。该偏振仪是为了用偏振法以高空间和光谱分辨率测定云顶的２．７μｍ水吸收带后向散射太阳光而设计的,它将装载在空军ＫＣ－１３５型“飞翔红外信号技术（ＦＩＳＴＡ）”号飞机平台上。该偏振仪是原理性遥感器,它将超光谱推扫成像技术同高速、固态偏振技术结合起来,采用尽可能多的现有成型元件,同时为适应原理样机的研究,光学系统是试验性方案。此外还采用一个窗口     

非致冷长波红外高光谱成像

8μm～14μm波段的高光谱成像无论对于军用遥感还是对于民用遥感都是很重要的．长波红外高光谱成像的昼夜观察能力加上它探测伪装目标、地雷和化学气体的能力，已使它成为了一种很有吸引力的军用侦察手段．此外，长波高光谱成像技术的化学分析能力还可以对可见光、近红外和短波红外高光谱方法进行补充。然而，长波高光谱成像技术所用的光子焦平面体积大、成本高，这就限制了它在许多平台上的使用。     

光学读出红外成像及其FPA性能分析

针对已提出的光学读出非制冷红外成像系统,设计研制了一种单元尺寸分别是50 μm×50μm和60 μm×60 μm的新型双材料微悬臂梁红外焦平面阵列(FPA),进行了人体红外热成像实验,并对光学读出非制冷红外成像系统的温度-灰度响应曲线及噪声进行了测定.实验结果表明该微梁结构FPA构成的红外成像系统的噪声等效温度差(NETD)约100 mK.和课题组之前的研究结果(微梁单元尺寸120μm×120μm,NETD约300 mK)相比,红外图像的温度分辨率和空间分辨率都得到了明显改善.     

光谱成像用红外焦平面读出电路研究

红外焦平面是光谱成像系统的核心器件。讨论了多光谱用红外焦平面读出电路的特点,设计了用于多光谱成像的64×16元红外焦平面读出电路。读出电路采用CTIA输入级,快照式曝光方式,边积分边读出工作。电路芯片与InGaAs光敏芯片阵列通过铟柱倒焊的方法,组成混成互连焦平面器件,像元间距50μm,响应波段0.9～1.7μm,盲元率0.2%,半阱时的响应不均匀性4.7%。     

红外高光谱成像系统光学设计及检测

为了建立一套星载红外精细分光光谱成像系统的地面实验装置,设计了一套红外高光谱推扫式成像光学系统.该系统由望远物镜和分光计两部分组成,选用锗和硒化锌两种红外材料,采用平面闪耀光栅分光,光机系统后接制冷型红外面阵探测器.其光谱覆盖7.7～9.3μm(根据红外焦平面阵列FPA的光谱响应范围而定),视场角达12°,光谱分辨率为54 nm,空阃分辨为0.75 mrad,光机模块尺寸为100min×300mm×100mm.整机的测试结果表明:光学系统成像质量完好,光谱分辨率SRF达到了预先设计的要求值,噪声等效温差NEDT接近300mK.该系统的设计及整机测试为红外高光谱成像系统的进一步实用化提供了技术基础.     

精准农业观测高数值孔径短波红外成像光谱仪光学系统

研究了一种在1.0~2.5 m短波红外波段上可用于机载精准农业观测的成像光谱仪光学系统。研究分析了用于精准农业探测所需的成像光谱仪科学性能参数,着重改进了Dyson成像光谱仪系统并获得了完善的消像散条件,使得其各组成部分在沿光轴方向和垂直光轴方向均具备足够的空间,确保了狭缝、探测器和光学镜片的光机结构放置。设计成像光谱仪具备良好光学性能,光学系统F数为1.5,视场28,狭缝长度25 mm,光谱分辨率12.7 nm,空间分辨率1 mrad,系统像差得到充分校正,公差比较宽松。该系统的研究将为精准农业遥感应用提供一种思路。     

机载红外推扫成像光谱仪光学设计

红外成像光谱仪适用于火山活动探测、森林火灾监测、城市化影响分析、地球表面研究及军事伪装识别等方面。文中基于Dyson 中继系统,设计使用波长范围为7.5~10 m 的长波红外成像光谱仪,采用凹面衍射光栅分光,系统F 数达到1.2,视场角18,空间分辨率为1 mrad,光谱分辨率为50 nm,NETD 小于0.3 K,调制传递函数接近衍射极限,光学系统体积为72 mm39 mm39 mm。该系统具有集光本领强、固有像差小、结构紧凑等优点。对其杂散热辐射分析表明,采用实入瞳作为冷光栏和整体制冷的方法,能有效地抑制光机系统自身的热辐射。     

红外成像技术中的9个问题

讨论了与红外成像技术密切相关的9个问题:红外/热成像仪工作波段的选择、三代红外/热成像技术的一般性区别、5种扫描成像模式的比较、国外第二代红外成像技术的特点、长波红外扫描型与中波红外凝视型焦平面探测器综合性能的比较、制冷和非制冷热成像技术的比较、非制冷红外焦平面探测器技术的比较、探测元尺寸与探测器规模、红外成像技术发展"代"的双重含义。     

法国Sofradir公司推出大规格即用型可见光-短波红外探测器

正据www.sofradir.com网站报道,法国Sofradir公司最近推出了一款新的像元间距为15μm的1024×1024元即用型可见光-短波红外探测器(0.35~2.5μm)——下一代全色(NGP)探测器。该探测器可以为空间应用中的成像光谱仪以及其他一些观测仪器提供更高的空间分辨率或光谱分辨率,从而提高科学家们准确发现和描述化学现象的能力。同样重要的是,由于NGP探测器为即用式设计,航天机构用户能够根据任     

机载成像光谱仪新概念

欧洲空间局（ＥＳＡ）认为有必要发起一种旨在对机载成像光谱仪下定义的研究工作，这种机载成像光谱仪应可视作星载“过程研究空间成像任务”（ＰＲＩＳＭ）的先驱，该研究工作包括确定一次“机载ＰＲＩＳＭ实验”（ＡＰＥＸ），这次实验将对ＰＲＩＳＭ任务的准备，定标，生效，模拟和应用的发展作出贡献，ＡＰＥＸ仪器被定义了一种推帚式成像器，该成像器在轨迹方向上具有１０００个像元，在４５０ｎｍ至２５００ｎｍ的波长范围内具     

红外超光谱成像偏振计

美国犹他州立大学空间动力学实验室正在制造一台红外超光谱成像偏振计(HIP).这台红外超光谱成像偏振计是设计用来在2.7μm水波段对来自云顶的反向散射太阳光进行高空间和光谱分辨率偏振测定的,它将装在红外特征技术实验飞行飞机(FISTA)--一架空军KC-135飞机上飞行.这是一台将超光谱推帚式成像技术与高速固态偏振测定方法相结合、尽可能多地采用市场上畅销的元部件并利用一种光学模型设计快速制成原型的原理验证敏感仪.它是以一台窗口可选择的256×320InSb摄像机、一台固态铁电液晶(FLC)偏振计和一个透射式衍射光栅为基础的.     

傅里叶变换红外成像系统

Varian公司推出一种适合傅里叶变换红外成像应用的快速红外成像系统．这种成像系统使用该公司自己生产的显微镜、焦平面列阵探测器和快速扫描光谱仪。该     

机载高光通量双波段成像光谱仪的设计

分析了成像光谱仪常见结构的优缺点并给出了分析过程,对望远镜系统和光谱成像系统结构进行了合理选择,实现了单一成像光谱仪同时覆盖可见近红外(VNIR)和中波红外(MWIR)双波段。根据研究目标要求设计了一个大F数(VNIR波段F/3,MWIR波段F/2)机载双波段成像光谱仪。该光谱仪双通道共用一个同轴平场无遮挡Schwarzschild望远镜,用二向色分束器分开。双通道光谱成像系统均采用同心共轴的Dyson结构,VNIR波段和MWIR波段光谱分辨率分别达到5 nm和15 nm。为使设计的系统结构合理,介绍了光束分离结构和光谱仪的光束折叠方法。设计结果表明:该系统结构简单,效果良好,谱线弯曲分别小于1.2μm和0.5μm,谱带弯曲均小于0.5μm,偏振灵敏度小于4%,适用高光谱分辨率机载双波段成像光谱仪。