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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(shù)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(lǐng)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(shè)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(jié)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(shù)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(shù)，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(shù)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(gòu)設(shè)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(shù)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(lǐng)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(shù)”的可行性。而此技術(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(lǐng)域。

在實驗中，上海技術(shù)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(shù)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(shù)團隊。

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