实用型模块化成像光谱仪

引言

20多年来,人们通过各种遥感手段观察地球,其中,成像光谱技术在人类对地观测领域显示出了突出的优势.成像光谱仪将传统的二维成像遥感技术与光谱仪技术有机地结合在一起,在获取观测对象二维空间信息的同时,在连续光谱波段上对同一地物分光谱成像.由于光谱图像数据中每一像元含有与被观测物体组分有关的光谱信息,能直接反映出物体的光谱特征,从而可以揭示各种地物的光谱特性、存在状况以及物质成分,使得从空间直接识别地球表面物质成为可能.自1970年以来,我们研制了多种类型的通用及专用航空扫描仪[1],其光谱范围覆盖从紫外到热红外的各个大气窗口,波段数从单一波段发展到了60多个波段.但随着成像光谱遥感应用技术的研究和发展,对于仪器光谱分辨率的要求越来越高,从多光谱向高光谱发展成为成像光谱仪的一大趋势.另外,越来越多的遥感应用对于遥感仪器的实用化和可操作性也提出了更高的要求.为此,在以往工作的基础上[2],我们在近几年中开展了实用型模块化成像光谱仪的研制工作.本文全面介绍了OMIS的系统设计及其整体性能,简要给出了OMIS研制以来所进行的多次遥感飞行作业情况.

1　系统设计

1.1　光谱波段选择

大量的统计数据表明,各类地物的特征光谱分布如图1所示.从图1地物特征光谱段的综合分布情况中可以看出:(1)特征光谱段在0.4μm~12μm光谱区,除大气吸收带外,近乎连续分布;(2)在0.4~12μm光谱区,根据中介体类型,各类特征光谱段分布的密集程度及其对应的应用领域,可划分出3个自然区段,即0.4~1μm,1.3~2.5μm及3~12μm区段;(3)现有的研究成果表明:在0.4~1μm及1.3~2.5μm区段,具有判别价值的特征光谱吸收峰带宽多在20nm以下.

因此,实用型模块化成像光谱仪在光谱区间选择、模块划分及光谱分辨率确定等方面的技术指标应该符合上述3个特征.OMIS成像光谱仪设计了2种工作模式:OMISI型自可见光至热红外区域划分为5个光谱段,总共128个波段:0.46~1.1μm 64个波段,光谱分辨率10nm;1.06~1.70μm 16个波段,光谱分辨率60nm;2.0~2.5μm 32个波段,光谱分辨率15nm; 3 ~ 5μm 8个波段,光谱分辨率250nm;8~12.5μm 8个波段,光谱分辨率500nm.OMISII型共有68个波段,0.46~1.1μm 64个波段,光谱分辨率10nm;1.55~1.75μm、2.08~2.35μm、3~5μm、8~12.5μm各1个波段.

1.2　光电探测器

系统选用的焦平面探测器,在可见与近红外波段为硅线列器件,元数为64元,短波红外I为铟镓砷线列器件,元数为16,短波红外II和中红外波段为锑化铟线列器件,元数分别为16和32,热红外波段选用碲镉汞线列器件,元数为8.

1.3　成像光学系统