宽波段多光谱相机光学系统设计
发布时间：2021-12-10 00:39
光谱成像技术利用目标的不同谱段信息获取目标的物理属性,提高了对目标探测的准确性、灵敏度,扩展了传统成像系统的探测能力,是光电探测领域的一个重大突破。宽波段导航与多光谱成像技术的融合在星体测绘、环境监测等领域具有极为重要应用价值。本文将研究同时对宽波段复合与多光谱成像提出要求的系统,提供导航功能与光谱成像分析功能复合。系统采用滤光片转轮实现共用一个相机,通过滤光轮中的滤光片旋转得到目标的多光谱分谱段图像,利用滤光轮中的白片档位实现宽谱段导航图像信息的获取。文中重点对宽波段多光谱相机光学系统进行了设计与分析,首先基于色差校正理论与光学玻璃的色散特性图,对宽谱段光学系统的色差方程进行了推导,基于此原理对玻璃材料进行了合理选取,并对系统的初始结构参数进行了计算,合理地校正了宽波段光学系统中的色差。系统要求对远近不同距离目标均能清晰成像,为实现此目的对系统进行了内调焦设计。为了解决在内调焦过程中色差稳定的难题,建立了内调焦色差校正的数学模型,提出了一种内调焦宽光谱光学系统的设计方法,分析不同光焦度分布对于系统内调焦过程中组元之间间距变化量的影响,最终在实现内调焦优良像质的前提下,减少移动元件个数...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
星敏
第1章绪论4时的情况对比，现在的星载星敏感器不但节约能耗，而且有效节约了空间，将来体积会越来越小[21-22]。星敏感器图可参考下图1.1。（a）TDP6forAlphasat型星敏感器（b）CT-633型星敏感器（c）SED26型星敏感器（d）AST-301型星敏感器图1.1星敏感器实物图1.2.1.2国外多光谱成像研究进展为实现光谱技术在遥感领域中的运用，在上世纪中后期，已有光谱成像学(ImagingSpectrometry)的理念出现，出自美国喷气推进实验室(JPL)[23]。在此原理的基础上国内外研究出了大量的各类型的机载光谱相机。光谱成像技术主要是把光谱、空间成像两种技术相结合，把图与谱合为一体，由此所得到的数据立方体(Date-Cube)，即可涵盖一维光谱、二维空间的数据[24]，有效加大了遥感数据所涵盖的信息，对于遥感领域而言，光谱成像技术的发展极为关键[25-26]。第一代机载成像光谱相机AIS(具体可参考下图1.2)诞生于上世纪的中后期[27]，此后，研究人员基于NASA对机载试验样机进行研发。其通过光栅衍射分光，HgCdTe探测器，推扫式成像，所含波段为128个，光谱宽度为0.9~2.4μm。图1.2光谱成像仪AIS实物图美国LHSystem公司在2000年时，研发得到了机载线阵多光谱成像系统ADS40，
第1章绪论5该系统能够有效扩大相机的探测区域。ADS40搭载中，有4个线阵多光谱CCD、3个全色线阵CCD，需在对应平台进行操作，能够同一时间内，得到7个波段图像数据。具体可参考下图1.3。图1.3ADS40多光谱成像仪美国Vexed公司于2006年、2008年，研发出UCX、UCX2型多光谱成像系统。其探测器、光学镜头都为8个，具有良好的分辨率，探测器、光学镜头都平均分为2组，一组为全色波段探测器、镜头，其按照飞行方向，等距分布，而另一组是多光谱探测器、镜头，则基于上一组的分布，在其周围对称分布，不仅可得到多波段航片，而且画面信息丰富，质量高，或许信息的速度快，具体可参考下图1.4。图1.4UCX多光谱航拍系统荷兰Quest-innovations公司于2014年时，研发得到5CCD多光谱相机Condor5。其包含了5片CCD、1个分光镜头。在采集图像的过程中，入射光根据波长，通过分光镜头切分出5个波段，再在CCD靶面入射。其光谱宽度包含了近紫外至近红外的波长宽度，成为目前市面上，唯一的能够同时满足无人机数据采集诸多要求的设备，具体可参考下图1.5。图1.5Condor5多光谱相机
【参考文献】：
期刊论文
[1]可见近红外宽波段复消色差高光谱物镜设计[J]. 桂立,丁学专,赵航斌,郝世菁,姚金军,刘银年. 激光与红外. 2018(03)
[2]星敏感器技术研究现状及发展趋势[J]. 梁斌,朱海龙,张涛,仝玉婵. 中国光学. 2016(01)
[3]宽视场干涉光谱成像仪技术研究[J]. 张智南,李立波,胡炳樑,冯玉涛. 光学学报. 2016(01)
[4]大视场大相对孔径长波红外扫描光学系统设计[J]. 范哲源,杨洪涛,屈恩世,张建,曹剑中,张志,陈卫宁,武力. 红外与激光工程. 2012(10)
[5]甚高精度星模拟器设计[J]. 孙高飞,张国玉,姜会林,郝云彩,高玉军. 光学精密工程. 2011(08)
[6]用于天文导航设备检测的星模拟装置[J]. 赵晨光,谭久彬,刘俭,王宇航. 光学精密工程. 2010(06)
[7]基于多重结构的平显视差仪中内调焦物镜设计[J]. 刘钧,左晓舟,吴晓鸣,李号召. 应用光学. 2010(01)
[8]成像光谱仪星上定标技术[J]. 李晓晖,颜昌翔. 中国光学与应用光学. 2009(04)
[9]基于自动检焦信号梯度信息的自适应平滑算法研究[J]. 刘志明,戴明,陈黎,李清军,王德江. 计算机测量与控制. 2009(05)
[10]复消色差的短波红外望远物镜设计[J]. 白清兰. 光子学报. 2009(01)
本文编号：3531597
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
星敏
第1章绪论4时的情况对比，现在的星载星敏感器不但节约能耗，而且有效节约了空间，将来体积会越来越小[21-22]。星敏感器图可参考下图1.1。（a）TDP6forAlphasat型星敏感器（b）CT-633型星敏感器（c）SED26型星敏感器（d）AST-301型星敏感器图1.1星敏感器实物图1.2.1.2国外多光谱成像研究进展为实现光谱技术在遥感领域中的运用，在上世纪中后期，已有光谱成像学(ImagingSpectrometry)的理念出现，出自美国喷气推进实验室(JPL)[23]。在此原理的基础上国内外研究出了大量的各类型的机载光谱相机。光谱成像技术主要是把光谱、空间成像两种技术相结合，把图与谱合为一体，由此所得到的数据立方体(Date-Cube)，即可涵盖一维光谱、二维空间的数据[24]，有效加大了遥感数据所涵盖的信息，对于遥感领域而言，光谱成像技术的发展极为关键[25-26]。第一代机载成像光谱相机AIS(具体可参考下图1.2)诞生于上世纪的中后期[27]，此后，研究人员基于NASA对机载试验样机进行研发。其通过光栅衍射分光，HgCdTe探测器，推扫式成像，所含波段为128个，光谱宽度为0.9~2.4μm。图1.2光谱成像仪AIS实物图美国LHSystem公司在2000年时，研发得到了机载线阵多光谱成像系统ADS40，
第1章绪论5该系统能够有效扩大相机的探测区域。ADS40搭载中，有4个线阵多光谱CCD、3个全色线阵CCD，需在对应平台进行操作，能够同一时间内，得到7个波段图像数据。具体可参考下图1.3。图1.3ADS40多光谱成像仪美国Vexed公司于2006年、2008年，研发出UCX、UCX2型多光谱成像系统。其探测器、光学镜头都为8个，具有良好的分辨率，探测器、光学镜头都平均分为2组，一组为全色波段探测器、镜头，其按照飞行方向，等距分布，而另一组是多光谱探测器、镜头，则基于上一组的分布，在其周围对称分布，不仅可得到多波段航片，而且画面信息丰富，质量高，或许信息的速度快，具体可参考下图1.4。图1.4UCX多光谱航拍系统荷兰Quest-innovations公司于2014年时，研发得到5CCD多光谱相机Condor5。其包含了5片CCD、1个分光镜头。在采集图像的过程中，入射光根据波长，通过分光镜头切分出5个波段，再在CCD靶面入射。其光谱宽度包含了近紫外至近红外的波长宽度，成为目前市面上，唯一的能够同时满足无人机数据采集诸多要求的设备，具体可参考下图1.5。图1.5Condor5多光谱相机
【参考文献】：
期刊论文
[1]可见近红外宽波段复消色差高光谱物镜设计[J]. 桂立,丁学专,赵航斌,郝世菁,姚金军,刘银年. 激光与红外. 2018(03)
[2]星敏感器技术研究现状及发展趋势[J]. 梁斌,朱海龙,张涛,仝玉婵. 中国光学. 2016(01)
[3]宽视场干涉光谱成像仪技术研究[J]. 张智南,李立波,胡炳樑,冯玉涛. 光学学报. 2016(01)
[4]大视场大相对孔径长波红外扫描光学系统设计[J]. 范哲源,杨洪涛,屈恩世,张建,曹剑中,张志,陈卫宁,武力. 红外与激光工程. 2012(10)
[5]甚高精度星模拟器设计[J]. 孙高飞,张国玉,姜会林,郝云彩,高玉军. 光学精密工程. 2011(08)
[6]用于天文导航设备检测的星模拟装置[J]. 赵晨光,谭久彬,刘俭,王宇航. 光学精密工程. 2010(06)
[7]基于多重结构的平显视差仪中内调焦物镜设计[J]. 刘钧,左晓舟,吴晓鸣,李号召. 应用光学. 2010(01)
[8]成像光谱仪星上定标技术[J]. 李晓晖,颜昌翔. 中国光学与应用光学. 2009(04)
[9]基于自动检焦信号梯度信息的自适应平滑算法研究[J]. 刘志明,戴明,陈黎,李清军,王德江. 计算机测量与控制. 2009(05)
[10]复消色差的短波红外望远物镜设计[J]. 白清兰. 光子学报. 2009(01)
本文编号：3531597
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