Многоспектральные построчно – прямолинейные сканеры

 

Содержание

Введение………………………………………………...………………...…3

1 Системы спектральных данных…………………………………...…….. 4

2 Многоспектральные построчно – прямолинейные сканеры……………7

Заключение………………………………………………………………......8

Список использованных источников………………...………………….....9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Используемые в дистанционном зондировании  приборы подразделяются на две обширные группы, которые  называются системами  спектральных данных.  Обычно системы спектральных данных не формируют изображения, а дают детальную спектральную информацию об   объекте.   Системы,   формирующие   изображение,   дают   информацию относительно  пространственной  структуры  объекта  и  обычно   некоторую спектральную информацию.

 Системы спектральных данных  получают путем  спектрального сканирования (в отличии от пространственного сканирования  в  формирующих изображения системах). В дистанционном зондировании системы  спектральных данных обычно используют при полевых исследованиях.

Системы, формирующие изображение,  делят  на  два типа:  кадровые системы и сканирующие. В  кадровых  системах  элементы  изображения,  или пикселы, получаются одновременно в основной единице изображения –  кадре.

В сканирующих системах элементы изображения  получаются  последовательно, но после получения могут быть приведены в формат кадра.  Оба  типа  таких систем дают спектральную  информацию,  обычно  образуя  многоспектральные элементы  изображения,  состоящие  из  набора   измерений   в   выбранных диапазонах длин волн спектра.

 

                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Системы спектральных данных

 

Рассмотрим три различных  типа полевых спектральных  приборов.  Все эти типы спектрорадиометры, поскольку для них  источником  излучения  является солнце, а не внутренние источники излучения. Выделяют три основных  типа  приборов:  интерферометр,  спектрорадиометр  с  диспергирующей  призмой  или дифракционной  решеткой  и  спектрорадиометр  с   вращающимися   сменными фильтрами. В основном эти приборы отличаются тем,  как  они  диспергируют входное излучение  на  его  спектральные  компоненты.  Различные  способы диспергирования   определяют   пути   установления   внутренних   опорных излучателей в приборе.

В течение многих лет  интерферометры использовались в спектроскопии высокой  точности.  Устройство  полевого  интерферометра  отличается   от лабораторного варианта в основном способом приведения в движение подвижного зеркала. В лабораторных  приборах  для приведения  в движение зеркала  применяется  винт  с  очень  малым  шагом,   а в  конструкции  полевых  приборов - подвижное   зеркало, которое быстро  приводится  в движение  с  помощью  системы  электродинамических  катушек,   что   дает несколько спектральных сканов в одну секунду. Прибор не дает  изображение сцены в его поле зрения, а просто наблюдает интерференционную картину, возникающую вследствие излучения энергии сценой.

Второй тип полевых  приборов, часто  используемых  в  дистанционном исследовании, - приборы, в которых в качестве  основных  диспергирующих элементов  применяются  призмы  и  дифракционные  решетки.   Обычно   для преобразования оптического сигнала в переменный сигнал, более  подходящий для обработки в электронной части прибора, в этих  приборах  используется система оптического прерывания.

 Характеристикой прибора с дифракционной решеткой  служит  то,  что несколько порядков спектра отражаются  в  заданном  направление.  Кратные частоты излучения относятся  к  одному  и  тому  же  порядку.  Необходимо провести сортировку порядков, используя  фильтры  перед  детектором   для отображения дифракционной решетки. Кроме того, диспергирующая призма  дает единственный  порядок  в  данном  направлении,  и нет   необходимости   в сортировке  порядков.  Однако, пространственная   дисперсия   прибора, с диспергирующей призмой, с механической точки зрения гораздо сложнее.

Кроме того, со спектральной точки  зрения, приборы с дифракционной решеткой более точные, так как  результирующий  спектр  растягивается  на большую  площадь.  Прибор  с   дифракционной   решеткой   требует   более аккуратного обращения и обычно не производит такое быстрое  спектральное сканирование, как прибор с диспергирующей  призмой,  поскольку  механизм, используемый для крепления дифракционной решетки,  должен  быть  довольно массивным и механически сложным для того, чтобы  обеспечить  правильное положение дифракционной решетки  в  данном  диапазоне  спектра.  Механизм призмы простым, поэтому он  способен  на  более быстрое спектральное сканирование. Однако спектральный  охват  прибора  с диспергирующей призмой ограничивается материалом, из которого изготовлена призма. Поскольку призма – это в основном преломляющий  лучи  прибор,  то для того, чтобы охватить оптический диапазон  спектра,  для  изготовления диспергирующих призм должны использоваться материалы различных типов.

 Еще один тип полевых приборов  –  это  такие приборы,  в которых в качестве основных диспергирующих элементов используются интерференционные фильтры.

Интерференционный фильтр – это  многослойная  диэлектрическая  структура, позволяющая излучению проходить  через  нее.  В  результате  многократных отражений и пропусканий, возникает  явление  интерференции.  Только  одна спектральная   полоса,   соотвествующая   определенной    длине    волны, интерферирует с усилением и поэтому проходит эту  многослойную  структуру без существенного ослабления.

Данный метод диспергирования  требует  такой  сортировки  порядков, которая применяется в системах  с  дифракционной  решеткой.  Любая  длина волны, кратная первичной длине волны, прошедшей через интерференционный фильтр, также пройдет через него, так как интерференция с усилением будет так же иметь место для компонент кратных  длин  волн.  Необходим  фильтр, способный удалять все кратные порядки  излучения,  падающего  на  фильтр.

Длина  волны,  которая  должна  пройти  через  интерференционный  фильтр, зависит от толщины  диэлектрических  элементов.  Поэтому,  чтобы  сделать регулируемый  диспергирующий  элемент,  удобно  использовать   конический интерференционный фильтр. Вместо того, чтобы применять щели, определяющие кратные длины волн, можно поставить перед входной щелью детектора прибора такой фильтр и изменять его положение относительно щели,  чтобы  выделить из  приходящего  потока  из  приходящего  потока  излучения  спектральную компоненту.

 Особенно  удобная   форма   интерференционного   фильтра   –   это

вращающиеся сменные фильтры, у  которых толщина диэлектрических  элементов изменяется в зависимости от  углового  положения  на  ободе.  Сортирующий порядок  фильтра  расположен  на   поверхности   кольца   фильтра   перед детектором, который используется для улавливания проходящего через фильтр излучения, ВСФ могут вращаться для получения быстрых спектральных  сканов и по существу представляют собой грубый метод диспергирования  в  полевом приборе.

Цифровые линейные датчики обеспечивают высококачественную регистрацию спектральных данных.

Все камеры оснащены скоростными интерфейсами USB для взаимодействия с персональными компьютерами.

Камеры могут синхронизироваться от внешних запускающих устройств, а также сами вырабатывают синхроимпульсы.

Питание камер так же осуществляется от USB портов компьютера. Примеры цифровых камер, датчиков и регистраторов спектральных данных приведены на рисунках 1,2,3.

          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Цифровые камеры на основе линейных NMOS датчиков

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2. Цифровые одноканальные фотоприемники

 

 

Рисунок 3. Система регистрации на основе ФЭУ

 

 

2 Многоспектральные построчно – прямолинейные сканеры

 

Сканеры  дают  последовательное изображение.  Объект   сканируется растровым способом, обычно  оптико  –  механической  системой.  Излучение проходит через собирающую оптическую систему, создающую  мгновенное  поле зрение. Общее поле  зрение  создается  сканирующим  движением  оптической системы. Затем с помощью  диспергирующих  призм,  дифракционных  решеток, дихроичных зеркал или  фильтров  излучения  разлагается  на  спектральные составляющие.  Набор  детекторов  улавливает  диспергированное  излучение.

Детекторы в пространстве расположены  так, чтобы соответсвующие  детекторы могли улавливать тот диапазон длин волн к которому они чувствительны.

Сигналы, идущие с каждого детектора, усиливаются и обрабатываются, и далее записываются или  передается  информация,  касающаяся  источников колибровки. Они, как и сцена,  также сканируются оптико-механической системой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Таким образом, получение структуры спектральных данных зависит не только от типа применяемых приборов, но и от их технических показателей и характеристик.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Лабораторный практикум по фотограмметрии [Текст] : учеб. пособие для вузов / сост. В. Ф. Лукьянов [и др.]. - М. : Недра, 1990. - 334 с.