La caméra hyperspectrale peut combiner la technologie d’imagerie avec la technologie de détection spectrale. Tout en imageant les caractéristiques spatiales de la cible, elle peut former plusieurs bandes étroites pour chaque pixel spatial afin d’obtenir une couverture spectrale continue, et différentes informations spectrales peuvent refléter pleinement l’intérieur des objets. différences dans la structure physique et la composition chimique. Par rapport à l’imagerie spatiale bidimensionnelle traditionnelle, les caméras hyperspectrales peuvent acquérir simultanément les informations spatiales et spectrales de la cible. Sous une certaine résolution spatiale, il peut acquérir le spectre caractéristique continu unique des objets dans une large gamme spectrale, ce qui peut grandement améliorer la précision des objets. L’identification et la détection précises présentent des avantages significatifs et sont maintenant devenues une technologie de pointe importante pour la télédétection du sol.
Avec le développement rapide de la technologie de revêtement filtrant, le développement de caméras hyperspectrales spectroscopiques à filtre a été grandement encouragé. Les avantages de la lumière et de la petite taille sont devenus une partie importante des charges utiles de télédétection hyperspectrale et ont été largement utilisés dans la mise en réseau de constellations hyperspectrales de micro-nano satellites.
Selon Memes Consulting, récemment, le groupe de recherche de Liu Chunyu de l’Institut Changchun d’optique, de mécanique fine et de physique de l’Académie chinoise des sciences a publié un rapport sur « L’état de développement et les tendances des caméras hyperspectrales spectroscopiques à filtre » dans la revue « Infrared and Laser Engineering ». article sur le sujet. Le chercheur Liu Chunyu est principalement engagé dans la recherche sur la conception de systèmes optiques et la conception globale de systèmes optoélectroniques.
Schéma du principe de l’imagerie hyperspectrale
Cette recherche passe principalement en revue les caméras hyperspectrales à filtre divisé et présente les charges utiles d’imagerie hyperspectrale à filtre divisé dans l’espace au pays et à l’étranger, ainsi que les systèmes d’imagerie hyperspectrale à filtre divisé en cours de développement sur le terrain. Les solutions techniques, les indicateurs de performance et les perspectives d’application de ces systèmes sont analysés, et les caractéristiques techniques, les avantages et les inconvénients des caméras hyperspectrales basées sur le principe de la spectroscopie de filtre sont exposés. Enfin, la tendance au développement des caméras hyperspectrales par spectroscopie à filtre est prospectée.
La caméra hyperspectrale de la roue filtrante utilise la roue filtrante comme élément de division de la lumière et obtient des images spectrales de différentes bandes de longueurs d’onde en faisant pivoter la roue filtrante, complétant ainsi la division de la lumière polychromatique en lumière monochromatique. Le composant clé de la caméra hyperspectrale de la roue de filtre est la roue de filtre, qui peut remplacer la roue de filtre de la gamme spectrale correspondante en fonction des différentes bandes d’observation. La structure du chemin optique est simple et la bande spectrale peut être remplacée de manière flexible. Avec le développement de la technologie d’imagerie spectrale, le nombre de bandes de détection augmente et la roue filtrante ne peut plus répondre à l’observation du spectre large et de la haute résolution, elle est donc de plus en plus utilisée dans la détection multispectrale.
Les caméras hyperspectrales à filtre accordable utilisent des filtres accordables comme composants spectroscopiques. Selon différentes méthodes de réglage, ils sont principalement divisés en filtres accordables à cristaux liquides (LCTF) caméras hyperspectrales, filtres accordables acousto-optiques Acousto-Optic Tunable Filter (AOTF) caméra hyperspectrale, filtre à cavité FP accordable MEMS (MEMS Tunable Fabry-Perot Cavity Filters) caméra hyperspectrale.
La caméra hyperspectrale à filtre en forme de coin, également connue sous le nom de caméra hyperspectrale de type filtre à gradient, peut réaliser un échantillonnage continu dans la région spectrale et la région spatiale. Son concept de conception est d’utiliser un milieu à couche mince multicouche en forme de coin comme filtre, et il est installé dans la position proche du détecteur à matrice bidimensionnelle, de sorte que plusieurs pixels du détecteur correspondent à une certaine bande spectrale du filtre à gradient. Selon la relation correspondante entre chaque bande de longueur d’onde du filtre de gradient et le pixel du détecteur, la caméra hyperspectrale avec filtre de gradient peut être divisée en type de gradient linéaire et type de réseau de filtres.
Structure du filtre à gradient linéaire et diagramme spectral
Les points quantiques, également connus sous le nom de « nanocristaux », sont des matériaux inorganiques avec une stabilité intrinsèque élevée et un rayon plus petit que celui du rayon de Bohr de l’excitton en vrac. En intégrant différents types de points quantiques, la détection simultanée de différentes longueurs d’onde peut être réalisée. Le spectromètre à points quantiques (CQD) est développé sur la base de ce principe. Les spectromètres du concept traditionnel sont équipés de composants optiques et mécaniques de haute précision, dont la structure est volumineuse, coûteuse et complexe, et leurs domaines d’application sont sévèrement limités.
Diagramme schématique du spectromètre quantique à points proche infrarouge
En général, la caméra hyperspectrale spectroscopique à filtre en est à ses balbutiements et sa résolution spectrale ne peut être comparée à la méthode spectroscopique de dispersion à grille de haute précision. L’orientation générale du développement des caméras hyperspectrales, en particulier avec le développement de la technologie de revêtement et de nouveaux matériaux tels que les points quantiques, la résolution spectrale et le taux d’utilisation de l’énergie des caméras hyperspectrales basées sur le revêtement ont été considérablement améliorés, et les coûts de recherche et développement devraient encore augmenter. En outre, la combinaison du filtre et du détecteur améliorera encore la résolution spectrale du système, qui peut même être comparable à la spectroscopie de dispersion à grille de haute précision. Par conséquent, la combinaison du filtre et de l’élément détecteur est également un type de revêtement. Une tendance de développement majeure dans les caméras spectrales. Il n’est pas difficile de voir que le développement de caméras hyperspectrales de type filtre favorisera le développement subversif dans le domaine de l’imagerie hyperspectrale, et ainsi conduire au développement de la technologie de télédétection hyperspectrale pour les micro-nano satellites, qui seront en orbite pour la future constellation de micro-nano satellites hyperspectraux. Opération commerciale, mieux servir l’économie nationale et poser une base technique.
Ce projet a été soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (41504143), le Projet de développement d’équipements de recherche scientifique de l’Académie chinoise des sciences (YJKYYQ20190044), la Fondation des sciences naturelles de la province d’Anhui (1908085 ME135) et l’Association de promotion de l’innovation des jeunes de l’Académie chinoise des sciences (2016203).
