可見近紅外 高光譜成像儀

ATH1010K

 

產品概述

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，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，具有良好的像差特性。

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

   ATH1010可用于實時測量植物、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建立關系，用于植物分類，植物生長狀況等研究。整個系統設計緊湊，成像光譜儀主機光譜分辨率高，同時采用外置推掃成像方式，可與野外旋轉平臺及室內線性掃描平臺分別組成獨立的測量系統，也可掛載在無人機，進行航空遙感作業。

 

型號	特征
ATH1010	視場范圍較窄，1920X1200像素
ATH1010W	寬視場范圍，2048X2048像素
ATH1010K	ATH1010+外殼
ATH1010L	L型高光譜成像儀，窄視場，適合固定翼無人機
ATH1010LW	L型高光譜成像儀，寬視場，適合固定翼無人機

 

 

產品特征

l 波段范圍：380~1000nm

l 高光譜分辨率：優于1.3 nm

l 分光光路：全息透射光柵分光

l 視場角：31.7°

l 最小瞬時視場角：1.2 mrad

l 超群的成像性能

l *的圖像壓縮算法

l 體積緊湊：279 mm × 64 mm × 55 mm

l 重量輕：<700g

l 無機械掃描，可靠性高

產品應用

l 地質與礦產資源勘察

l 精準農業、農作物長勢與產量評估

l 森林病蟲害監測與防火監測

l 海岸線與海洋環境監測

l 草場生產力及草場監測

l 湖泊與流域環境監測

l 遙感教學與科研

l 氣象研究

l 生態環境保護及礦山環境監控

l 水質檢測，土壤監測

l 農畜產品品質檢測

l 軍事、國防和國土安全

l 災害防治

ATH1010K

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）

 

 

 

2. ATH1010的成像測試

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

 

3. ATH1010實物圖及尺寸圖

圖2   ATH1010外觀設計圖

 

 

 

圖3 ATH1010L外觀設計圖

 

 

圖5 掛載在無人機機腹下的ATH1010高光譜成像儀

圖6 掛載在無人機機腹下的ATH1010高光譜成像儀

 

 

4. 應用舉例

 

圖9 無人機掛載實驗

圖10 外場實驗場景1

圖11 外場實驗場景2

圖12 外場實驗場景3

圖13 高光譜成像儀測綠色植物的光譜圖

 

 

4.1. 探礦的應用

光譜遙感技術是由以Landsat 為代表的多光譜遙感技術演化發展而成，于上世紀 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點，高光譜遙感技術具備從空間大尺度上精細探測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，而且可在像元級別的細節上確定地質體中礦物的種類和豐度、甚至某些礦物的化學成分等信息(等，2010)。近年來，隨著與成像光譜儀有關的硬件和數據處理方法及軟件的持續發展，高光譜遙感技術在地質調查領域的應用得到了加速推廣。從大型成礦區帶到中型規模的礦田，高光譜遙感技術在地質填圖、熱液蝕變帶的界定劃分、和礦化異常區的圈定和判別等方面，都起了重要作用(如 Bierwirth et al., 2002；連長云等，2005；Kruse et al, 2006；Cudahy et al., 2007；等，2010；劉德長等，2011；閆柏琨等，2014；楊自安等，2015；Graham et al., 2017)。隨著成礦系統理論(Wyborn et al., 1994)更深入地成為找礦實踐的指導思想，大型礦集區和成礦帶規模的專題性礦物填圖將為預測性找礦勘探提供關鍵的區域性物質成分信息。

礦物填圖所用的光譜波長區間包括了可見光(400~700nm)、近紅外(700~1000nm)、短波紅外(1000~2500nm)、和熱紅外(7000~15000nm)。目前礦業應用的是短波紅外區域(1000~2500nm)。由于與礦物晶格中化學鍵振動的協頻和組合頻的頻率接近，在短波紅外波長范圍內，可以觀測含水或含 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用

 

土壤鹽漬化是干旱、半干旱區所面臨的重要生態環境問題之一，土壤鹽漬化引起的土壤板結、肥力下降、酸堿失衡、土地退化等后果，嚴重制約我國農業發展，影響當前我國可持續發展的戰略大局。遙感技術因其尺度大、范圍廣、時效性強、經濟性強等特點，很好的彌補了傳統鹽漬化現象監測方法的不足，為定量監測土壤鹽漬化現象提供了嶄新的途徑。

圖15 某鹽場周邊區域

圖16 某礦場測量圖

 

 

4.2. 植被生長情況的應用

圖17 植物生長情況高光譜

4.3. 林木健康情況的應用

用于病蟲害監測、森林資源評估

原理：植被健康狀況與綠度指數、葉面積指數、葉片水分含量和光利用效率有關

圖18 高光譜成像儀研究馬尾松健康程度

 

 

4.4. 森林防火預防應用

著火可能性分析， 分辨著火范圍和著火點

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

圖19 高光譜在森林防火的應用

4.5. 科研顯微成像光譜應用

應用目標：腫瘤手術術中在線檢測及導航定位

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，上的待測目標經物鏡、顯微透鏡組后分為三路，一路供主刀醫生目視觀測，一路供助手輔助目視觀測，一路由成像光譜儀探測接收，成像光譜儀由電機帶動對待測目標進行空間維掃描，得到待測目標的成像光譜信息，再經數據分析圖像處理后，通過顯示器顯示給醫生。

 

 

圖21 科研顯微成像光譜儀實物圖

 

圖22 科研顯微成像光譜儀數據

4.6. 機載成像光譜應用

應用目標：機載遙感

應用簡介：圖中所示是基于SpecVIEW-VIS的機載成像光譜儀，該儀器由SpecVIEW-VIS、穩定平臺及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據，圖20所示為經過幾何校正、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 機載遙感應用

圖24 機載應用數據——偽彩圖像

圖25 機載應用數據——光譜曲線

 

 

圖26 森林遙感，機載高光譜觀測森林病蟲害

 

圖27 水體探測（湖泊浮游生物，藻類，植被研究）

2. 奧譜天成生產的高光譜產品系列

圖28 奧譜天成生產的高光譜產品系列