浅析航空红外光电遥感技术最新进展

发表时间:2022-05-20 08:46

航空红外光电遥感技术具有可全天时工作、机动灵活、空间分辨率高等不可替代的优势,是遥感科学、国土监测、国防应用等领域的重要手段。主流的航空红外光电遥感技术包括高光谱分辨率红外成像技术和大视场高空间分辨率红外成像技术。高光谱分辨率红外成像技术是集光谱探测与成像为一体的光学遥感技术,其代表性仪器是高光谱分辨率的光谱成像仪。大视场高空间分辨率红外成像技术的代表性仪器是红外面阵扫描相机。


发展航空红外光电遥感技术对我国的经济发展和国防建设至关重要。近年来,航空红外光电遥感技术发展很快,在高光谱分辨率红外成像和高空间分辨率红外成像方面取得了重大突破。高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率、高辐射分辨率是红外光电仪器发展的重要方向。


据麦姆斯咨询报道,中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室王跃明研究员课题组在《红外与毫米波学报》期刊上发表了以“航空红外光电遥感技术最新进展”为主题的综述文章。王跃明研究员主要从事红外与光谱信息获取方法研究及相关仪器的研究工作。


这项研究介绍国际最新进展的同时,给出了上海技术物理研究所航空遥感团队在全谱段高光谱、面阵扫描成像两个方面的重要技术突破,成功应用于土地分类、核电站温排水监测等方面,展示了最新成果。


这项研究首先对航空红外光电遥感技术特点做了分析。受红外焦平面技术的限制,红外系统很难同时满足大视场角与高空间分辨率的要求;缩短焦距可以增大视场角,但却会降低空间分辨率;减小探测器的像素尺寸可以提高空间分辨率,但会降低光学系统采集的有效探测能量、影响灵敏度、降低信噪比;增加光学系统的口径会增加进入仪器的有效探测能量,但这必然会导致体积和重量增加;为了提高信噪比还可以增加积分时间,但却又影响了适应速高比。


接着这项研究对光谱成像仪器和红外面阵扫描成像仪器当中具有代表性的高光谱分辨率光谱成像仪器和大视场高空间分辨率红外面阵扫描成像仪器,分别阐述其为提高仪器性能指标和克服成像难题,在探测器技术、分光技术、制冷技术、视场拼接技术、像移补偿技术以及视轴稳定技术等相关方面所做出的努力与取得的最新进展。


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(a)美国宇航局AVIRIS-NG光谱成像仪整体系统结构图;(b)传感器内部构造图


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AVIRIS-NG光谱成像仪的光学系统


机载多模态光谱成像仪(AMMIS)是上海技物所最新研制的一型覆盖紫外(UV)、可见近红外(VNIR)、短波红外(SWIR)、长波红外(LWIR)等主要对地观测波段的航空高光谱成像仪器,成像波段近1400个,仪器高度一体化集成,可以装载于通用PAV-80平台上。


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图 AMMIS各波段学系统(a)可见光/短波波段;(b)长波波段;(c)紫外波段


随着探测器技术、分光技术、制冷技术、视场拼接技术、像移补偿技术以及视轴稳定技术等航空红外光电遥感相关技术的不断发展,航空红外光电遥感系统正向着更大视场角、更高空间分辨率、更高辐射分辨率、更高光谱分辨率、更高时间分辨率、更宽波段覆盖以及轻小化、模块化、高度集成化、通用化的方向发展,以进一步提高系统作业效率、地面成像精度和目标识别分辨能力,扩展可搭载平台类型,从而进一步扩展其应用领域。


对于高光谱分辨率红外成像技术,其重要发展方向还有定量化与多传感器融合,将高质量的光谱图像数据定量化,与诸如高分辨率的全色相机、多光谱成像仪相结合,可以更好地发挥光谱成像仪的优势。而对于大视场高空间分辨率红外成像技术,其关键的发展方向还有更高性能的扫描、稳定、补偿复合运动控制系统,结合高精度的载机位姿测量技术以及相机几何定标技术的发展,面阵图像数据拼接将可能彻底摆脱对图像重叠度的依赖,实现零重叠率快速实时无缝拼接。


把握航空红外光电遥感技术发展趋势,在技术变革的关键时期,抓住机遇,大力发展高光谱成像技术与面阵红外成像技术,全面提高航空对地观测能力,不仅有利于国民经济的发展,还将大幅提高我国国防安全力量。


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