短波红外成像系统设计及应用的研究进展

短波红外光学成像是目前国际上研究热点之一,通过接收短波红外辐射进行探测和成像,可得到更多目标物体的信息,弥补了可见光成像的不足,从而实现全波段成像。本文从短波红外光学成像的光学特性、成像原理和光学系统结构设计出发,比较了短波红外与可见光和中长波红外成像的优缺点,并简单介绍了短波红外成像系统中铟镓砷探测器的特点和国内外发展现状,以及介绍了短波红外成像在不同领域的应用情况,最后,对短波红外成像未来的发展进行了展望。

空间遥感短波红外成像光谱仪的光学系统设计

设计了一种短波红外成像光谱仪的光学系统。它采用离轴透镜来校正大视场像差,避免了采用大口径同心透镜,降低了大口径透镜获取难度和加工要求,同时校正了狭缝弯曲和畸变;采用两个离轴非球面反射镜作为准直和会聚光学元件,补偿了与波长相关的狭缝弯曲,并减小了残余像差;采用一个色散棱镜来修正非线性色散,满足了光谱分辨率要求,在棱镜背面镀反射膜,简化了结构,减轻了重量。最后给出了各个通道的光谱非线性和光谱弯曲结果。

短波红外成像变焦匀化激光照明系统（英文）

针对近年来得到迅速发展的短波红外成像系统,分析了增加激光主动照明的必要性.目前常用的激光照明匀化方案均匀性均不高,达不到照明成像的要求.提出了连续变焦激光照明系统,使用成像镜头把光纤端面的像直接成像在被照明表面,照明光斑均匀.分析了变焦照明系统的设计理论,设计了25倍变焦的短波红外激光照明系统.该照明系统的光学镜头由3组镜片组成,由凸轮结构实现连续变焦.体积小,结构简单,变焦倍数大.最终实现了2～50°的照明角度连续变化.照明光斑均匀度达到92.7%.进行了野外成像实验,对人员识别距离可达1.2 km.设计的连续变焦激光照明系统对提高短波红外成像系统的夜视能力具有较高的意义.

单元探测器的短波红外多通道成像技术

为了克服目前利用短波红外焦平面器件获取图像时难以消除器件自身的非均匀性、难以获得较高信噪比及成本昂贵的问题,提出了利用单元探测器和DMD(Digital Micro-mirror Device)空间光调制器件,基于Hadamard变换进行凝视光学画幅式成像的方法.通过实验验证了该方法用于短波红外成像的可行性.对实现低成本、高信噪比的短波红外成像具有借鉴意义.

轻小型短波红外高光谱成像仪精细化矿物识别

高光谱成像仪具有“图谱合一”的特点,可以同时获取目标物的空间信息与光谱信息,在地质勘查中发挥有比较大的作用。为实现对不同岩石矿物的精细化识别,自主研制了具有结构紧凑、体积小、便携性强、分辨率高等优点的轻小型短波红外高光谱成像仪。仪器光学性能评价结果表明光谱仪实际光谱分辨率优于8 nm,符合设计和应用的要求。利用本仪器对岩石不同矿物组成成分的识别实验测试,获取了不同岩石的近景高光谱成像数据。经过数据处理和矿物提取分析研究,发现岩石光谱谱形特征与标准光谱库中特征吻合度很高,表明研制的高光谱成像仪能够对岩石样品进行矿物信息精细化识别,适用于无人机载成像,在铀矿地质勘查领域有广阔的应用前景。

小型机载高光谱成像仪在高山峡谷地区遥感地质岩性解译应用

【研究目的】水利工程项目通常位于地势险峻的山区,交通不便、环境恶劣,勘察工作十分艰苦。同时,视界限制使地质人员不能整体上掌握地质体的面貌,尤其在高山峡谷地区,人力、物力及时间成本耗费巨大。高光谱遥感技术在地质领域中的应用主要集中在地物分布反演方向,通过未知地物与已知矿物之间相同的特征吸收峰来判定地物种类,利用其极高的光谱分辨率、空间分辨率和“图谱合一”的特性,可对高山峡谷区的地物目标进行精细分类,从而提高地质调查工作的效率,降低风险。【研究方法】中水北方勘测设计研究院利用中国地质调查局南京地质调查中心自主研发的高效率小型机载高光谱成像光谱仪,首次对位于甘南藏族自治州迭部县高山峡谷地带的工作区进行高光谱遥感对地探测,获取了工作区航空高光谱影像数据。采用最小噪声分离法、波段比值分析法对高光谱遥感数据进行岩性解译。【研究结果】结果表明:以白龙江为界,以北大部分为板岩及第四系黄土,以南则大部分为灰岩。解译结果与已知区域地质图岩性分布一致。【结论】本次研究验证了国产高光谱成像仪的可靠性与实用性,同时提高了水利工程前期地质勘查工作的效率和水平,并提供了险要地形地质勘察的一手资料。

基于短波近红外高光谱和深度学习的籽棉地膜分选算法

采用膜下滴灌棉花种植模式,在机械采摘过程中地膜易混入籽棉,对后续棉花加工影响极大。地膜无色透明且无荧光效应,常规方法很难识别。为了解决地膜的分选问题,提出一种基于短波近红外高光谱和深度学习的籽棉地膜分选算法。首先,针对高光谱图像中地膜与非地膜像素点光谱特征区分不明显的问题,利用堆叠自适应加权自编码器逐层提取与输出相关的低维非线性高阶特征;然后,将此高阶特征作为分类器的输入,采用粒子群优化的极限学习机实现初步分类;最后,对分类结果进行类型合并,运用形态学方法以及连通域分析,剔除误识别区域,得到优化后的地膜分类结果。经仿真试验及现场测试,算法对地膜识别率达到95.5%,地膜选出率达95%,满足实际生产需求。

基于短波变F数系统的红外辐射定标规律研究

在靶场辐射测量中,红外辐射特性数据被广泛应用于目标红外特性识别和隐身特性评估,在安防与军事领域发挥着不可替代的作用。目标红外辐射特性数据获取需基于系统的辐射定标。对于中、长波测量系统来说,红外辐射定标主要针对定焦系统,而对变焦系统的辐射标定较少。建立了连续变焦系统的红外辐射定标模型,并对1000 mm口径的短波连续变焦系统进行了分析。数据分析结果显示,随着F数的增大,系统的辐射响应增益减小。分析了其对辐射测量的影响。可以看出,该研究具有一定的工程意义。

短波红外成像技术在军事上的应用进展

短波红外成像技术是一种高精度、高分辨率的成像技术,在军事领域具有广泛的应用前景。主要介绍了短波红外成像技术在军事上的应用进展,包括夜视,侦察与监视、遥感,遥感系统及红外成像制导等方面。通过对短波红外成像技术的研究和应用,可以提高军事作战的效率和精度,为国家和社会的安全与发展做出重要贡献。

基于地物光谱特征的成像光谱遥感矿物识别方法

成像光谱技术是遥感技术发展的前沿技术之一 ,它是在可见光、近红外及短波红外上 ,集图像、光谱于一体的具有高光谱分辨率的纳米遥感技术。文中从岩矿光谱特性的研究入手 ,通过光谱特征识别准则 ,利用机载的可见光、近红外及短波红外成像光谱 (HyMap)数据 ,开展成像光谱遥感矿物识别的试验研究。试验识别的矿物有绿泥石、绿帘石、橄榄石、绢云母、滑石、石膏及黑云母等。试验结果表明 ,通过矿物光谱特征分析与其识别原则进行成像光谱遥感矿物识别获得了很好的效果。因此 ,基于地物光谱特征进行成像光谱矿物直接识别确实可行 ,有利于矿产资源评价中成矿物源和矿化蚀变信息分析。

铟镓砷焦平面阵列在微光夜视应用中的潜力及前景

得益于夜气辉在短波红外（SWIR）0.9～1.7μm波段的自然辐射数十倍强于夜天空在可见光和近红外（NIR）0.4～0.9μm波段的辐射，SWIR成像成为应用于微光条件下的成像探测的最佳选择，由晶格匹配In0.53Ga0.47As/InP制作InGaAs焦平面阵列（Focal Plane Array，FPA），灵敏于0.9～1.7μm波段，在整个响应波段具有超过70%的量子效率，和室温非制冷工作的极低的暗电流。通过减薄基底，还可将InGaAs FPA的短波限延伸至可见光波段的0.4μm。最近几年，超低暗电流、低读出噪声、大面阵和小像素尺寸的InGaAs FPA的开发取得了实质性的进展，特别是暗电流得到了数量级的降低，InGaAs FPA探测器已经显露出应用于微光夜视的极大潜力，并且还通过采用更复杂的温度相关的非均匀校正算法实现了无TEC的低功耗工作，基于超低噪声的密集阵列InGaAs FPA的SWIR成像技术有望成为新一代夜视技术的一个重要组成部份。