可見近紅外 高光譜成像儀

ATH1010L

 

產(chǎn)品概述

ATH1010是一種體積小、重量輕的微型高光譜成像儀，特別適合配合無人機(jī)適用。除了體積小、重量輕以外，ATH1010具有高空間分辨率、高頻譜分辨率、寬成像范圍等特點(diǎn)，ATH1010由兩部分組成：成像鏡頭和高光譜儀，其中高光譜儀基于透射光柵技術(shù)，具有良好的像差特性。

   ATH1010采用1920×1200像素（窄視場(chǎng)）或者2048×2048（寬視場(chǎng)）的高性能CCD成像器件，成像清晰、噪點(diǎn)少；ATH1010型是常規(guī)直筒型高光譜，適合多旋翼無人機(jī)。針對(duì)固定翼無人機(jī)和其他短起落架的無人機(jī)，奧譜天成推出了專門的ATH1010L型折彎光路高光譜，以降低對(duì)起落架高度的要求。

   ATH1010可用于實(shí)時(shí)測(cè)量植物、水體、土壤等地物的光譜信息，并獲得光譜圖像，通過分析光譜圖像，可與植物等的理化性質(zhì)建立關(guān)系，用于植物分類，植物生長(zhǎng)狀況等研究。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊湊，成像光譜儀主機(jī)光譜分辨率高，同時(shí)采用外置推掃成像方式，可與野外旋轉(zhuǎn)平臺(tái)及室內(nèi)線性掃描平臺(tái)分別組成獨(dú)立的測(cè)量系統(tǒng)，也可掛載在無人機(jī)，進(jìn)行航空遙感作業(yè)。

型號(hào)	特征
ATH1010	視場(chǎng)范圍較窄，1920X1200像素
ATH1010W	寬視場(chǎng)范圍，2048X2048像素
ATH1010L	L型高光譜成像儀，窄視場(chǎng)，適合固定翼無人機(jī)
ATH1010LW	L型高光譜成像儀，寬視場(chǎng)，適合固定翼無人機(jī)

 

產(chǎn)品特征

l 波段范圍：400~1000nm

l 高光譜分辨率：優(yōu)于1.5 nm

l 分光光路：全息透射光柵分光

l 視場(chǎng)角：31.7°

l 最小瞬時(shí)視場(chǎng)角：1.2 mrad

l 超群的成像性能

l 強(qiáng)大的圖像壓縮算法

l 體積緊湊：279 mm × 64 mm × 55 mm

l 重量輕：<700g

l 無機(jī)械掃描，可靠性高

產(chǎn)品應(yīng)用

l 地質(zhì)與礦產(chǎn)資源勘察

l 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)與產(chǎn)量評(píng)估

l 森林病蟲害監(jiān)測(cè)與防火監(jiān)測(cè)

l 海岸線與海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)

l 草場(chǎng)生產(chǎn)力及草場(chǎng)監(jiān)測(cè)

l 湖泊與流域環(huán)境監(jiān)測(cè)

l 遙感教學(xué)與科研

l 氣象研究

l 生態(tài)環(huán)境保護(hù)及礦山環(huán)境監(jiān)控

l 水質(zhì)檢測(cè)，土壤監(jiān)測(cè)

l 農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)

l 軍事、國(guó)防和國(guó)土安全

l 災(zāi)害防治

 

圖1 ATH1010型高光譜成像儀

圖2 ATH1010L型高光譜成像儀（適合固定翼無人機(jī)）

 

 

 

2. ATH1010的成像測(cè)試

圖1 ATH1010拍攝日光燈的光譜圖，分辨率優(yōu)于1.47 nm@578nm（無Binning）

 

3. ATH1010實(shí)物圖及尺寸圖

圖2   ATH1010外觀設(shè)計(jì)圖

 

 

 

圖3 ATH1010L外觀設(shè)計(jì)圖

 

 

圖5 掛載在無人機(jī)機(jī)腹下的ATH1010高光譜成像儀

圖6 掛載在無人機(jī)機(jī)腹下的ATH1010高光譜成像儀

 

 

4. 應(yīng)用舉例

 

圖9 無人機(jī)掛載實(shí)驗(yàn)

圖10 外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景1

圖11 外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景2

圖12 外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景3

圖13 高光譜成像儀測(cè)綠色植物的光譜圖

 

 

4.1. 探礦的應(yīng)用

光譜遙感技術(shù)是由以Landsat 為代表的多光譜遙感技術(shù)演化發(fā)展而成，于上世紀(jì) 80年代中期初步成型(Goets et al., 1985，童慶禧等，2006)。因其光譜分辨率高和圖譜合一的優(yōu)點(diǎn)，高光譜遙感技術(shù)具備從空間大尺度上精細(xì)探測(cè)和分析地表巖石礦物成分的能力。其不僅能提供地面宏觀影像，而且可在像元級(jí)別的細(xì)節(jié)上確定地質(zhì)體中礦物的種類和豐度、甚至某些礦物的化學(xué)成分等信息(等，2010)。近年來，隨著與成像光譜儀有關(guān)的硬件和數(shù)據(jù)處理方法及軟件的持續(xù)發(fā)展，高光譜遙感技術(shù)在地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域的應(yīng)用得到了加速推廣。從大型成礦區(qū)帶到中型規(guī)模的礦田，高光譜遙感技術(shù)在地質(zhì)填圖、熱液蝕變帶的界定劃分、和礦化異常區(qū)的圈定和判別等方面，都起了重要作用(如 Bierwirth et al., 2002；連長(zhǎng)云等，2005；Kruse et al, 2006；Cudahy et al., 2007；等，2010；劉德長(zhǎng)等，2011；閆柏琨等，2014；楊自安等，2015；Graham et al., 2017)。隨著成礦系統(tǒng)理論(Wyborn et al., 1994)更深入地成為找礦實(shí)踐的指導(dǎo)思想，大型礦集區(qū)和成礦帶規(guī)模的專題性礦物填圖將為預(yù)測(cè)性找礦勘探提供關(guān)鍵的區(qū)域性物質(zhì)成分信息。

礦物填圖所用的光譜波長(zhǎng)區(qū)間包括了可見光(400~700nm)、近紅外(700~1000nm)、短波紅外(1000~2500nm)、和熱紅外(7000~15000nm)。目前礦業(yè)應(yīng)用的是短波紅外區(qū)域(1000~2500nm)。由于與礦物晶格中化學(xué)鍵振動(dòng)的協(xié)頻和組合頻的頻率接近，在短波紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)，可以觀測(cè)含水或含 OH-的礦物(主要為層狀硅酸鹽和粘土類)以及某些硫酸鹽和碳酸鹽類礦物。

 

圖14 高光譜成像儀在探礦方面的應(yīng)用

 

土壤鹽漬化是干旱、半干旱區(qū)所面臨的重要生態(tài)環(huán)境問題之一，土壤鹽漬化引起的土壤板結(jié)、肥力下降、酸堿失衡、土地退化等后果，嚴(yán)重制約我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展，影響當(dāng)前我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略大局。遙感技術(shù)因其尺度大、范圍廣、時(shí)效性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，很好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)鹽漬化現(xiàn)象監(jiān)測(cè)方法的不足，為定量監(jiān)測(cè)土壤鹽漬化現(xiàn)象提供了嶄新的途徑。

圖15 某鹽場(chǎng)周邊區(qū)域

圖16 某礦場(chǎng)測(cè)量圖

 

 

4.2. 植被生長(zhǎng)情況的應(yīng)用

圖17 植物生長(zhǎng)情況高光譜

4.3. 林木健康情況的應(yīng)用

用于病蟲害監(jiān)測(cè)、森林資源評(píng)估

原理：植被健康狀況與綠度指數(shù)、葉面積指數(shù)、葉片水分含量和光利用效率有關(guān)

圖18 高光譜成像儀研究馬尾松健康程度

 

 

4.4. 森林防火預(yù)防應(yīng)用

著火可能性分析， 分辨著火范圍和著火點(diǎn)

原理：植被著火可能性與綠度指數(shù)、冠層水分含量、干旱和非光合植物造成的碳衰減有關(guān)

圖19 高光譜在森林防火的應(yīng)用

4.5. 科研顯微成像光譜應(yīng)用

應(yīng)用目標(biāo)：腫瘤手術(shù)術(shù)中在線檢測(cè)及導(dǎo)航定位

圖20 科研顯微成像光譜儀光路示意圖

圖中所示是科研顯微成像光譜儀的原理示意圖，上的待測(cè)目標(biāo)經(jīng)物鏡、顯微透鏡組后分為三路，一路供主刀醫(yī)生目視觀測(cè)，一路供助手輔助目視觀測(cè)，一路由成像光譜儀探測(cè)接收，成像光譜儀由電機(jī)帶動(dòng)對(duì)待測(cè)目標(biāo)進(jìn)行空間維掃描，得到待測(cè)目標(biāo)的成像光譜信息，再經(jīng)數(shù)據(jù)分析圖像處理后，通過顯示器顯示給醫(yī)生。

 

 

圖21 科研顯微成像光譜儀實(shí)物圖

 

圖22 科研顯微成像光譜儀數(shù)據(jù)

4.6. 機(jī)載成像光譜應(yīng)用

應(yīng)用目標(biāo)：機(jī)載遙感

應(yīng)用簡(jiǎn)介：圖中所示是基于SpecVIEW-VIS的機(jī)載成像光譜儀，該儀器由SpecVIEW-VIS、穩(wěn)定平臺(tái)及POS模塊組成。圖20、圖21所示是該儀器于2014年12月在湖北荊門飛行獲取的數(shù)據(jù)，圖20所示為經(jīng)過幾何校正、航帶拼接及輻射校正之后的偽彩圖像，圖21所示為典型地物的光譜曲線。

 

圖23 機(jī)載遙感應(yīng)用

圖24 機(jī)載應(yīng)用數(shù)據(jù)——偽彩圖像

圖25 機(jī)載應(yīng)用數(shù)據(jù)——光譜曲線

 

 

圖26 森林遙感，機(jī)載高光譜觀測(cè)森林病蟲害

 

圖27 水體探測(cè)（湖泊浮游生物，藻類，植被研究）

2. 奧譜天成生產(chǎn)的高光譜產(chǎn)品系列

圖28 奧譜天成生產(chǎn)的高光譜產(chǎn)品系列