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IMEC实时多光谱相机机载应用案例

多（高）光谱成像技术起源于地质矿物识别填图研究，逐渐扩展为植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大气的研究中。对空间探测、军事安全、国土资源、科学研究等领域都具有非常重要的意义。

所谓多（高）光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。因此，通过多（高）光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。

目前多（高）光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。

芯片镀膜

近年来，IMEC(欧洲微电子研究中心)采用高灵敏CCD芯片及SCMOS芯片研制了一种新的多（高）光谱成像技术，在探测器的像元上分别镀不同波段的滤波膜实现多（高）光谱成像，此技术大大降低的多（高）光谱成像的成本。

Line Scan

Real-time

影像质量

视取像技巧而定

256×256

取像时间

长

非常短

整合变化性

灵活、相机光谱仪可搭配

目前只有600-1000nm，客制化需求有限制

机构设计

已成熟但耗成本

不需要

光谱分析能力

＜1nm

~10nm

适应范围

非实时性、户外、实验室

全面

软件控制

已成熟

初期开发阶段

数据管理

很大，分析储存皆不易

不大，易于分析

目前IMEC提供三种标准的光谱探测器：100波带的线扫描探测器，32波带的瓷砖式镀膜探测器，25波带以5x5为一个波段的马赛克式镀膜探测器。

这种光谱技术的优点是可以同时获得光谱分辨率和空间分辨率，可以进行快速、高性能地获得光谱信息和空间信息，研发度高，成本低。但是缺点是光谱灵敏度较低，一般大于10nm，多用于无人机等大范围扫描的光谱应用领域。此次实验用到的IMEC相机芯片就是属于芯片镀膜。

收集大数据分析农作物长势、病虫害和农田墒情等信息可以让农业生产更加精准高效。获取这些大数据，就要先确定“视场摆扫成像技术”的可行性。而此技术的难点在于在无人机剧烈姿态扰动下保证拍摄图像的清晰度，上海技术物理研究所亓老师团队采用小型六边翼无人机搭载多光谱相机（3轴云平台）成功实施了多次数据收集。

该技术难点的攻破对于机载高光谱成像数据收集具有提高高光谱分辨率、高空间分辨率、高时间分辨率和低成本获取的显著优势，能够克服传统航天技术手段代价高、时效性不强等瓶颈，可开展大范围，高频次的遥感数据获取，并大大降低费用。

目前，无人机多（高）光谱遥感飞行，可广泛应用于国土、规划、环保、水利等行业和领域。

在实验中，上海技术物理研究所亓老师研究团队研发采用小型六边翼无人机搭载多光谱相机（3轴云平台），先后两次（每次6条航线）在150m高度成功获取了太仓光荣村试验区近1平方公里的多（高）光谱数据。据上海技术物理研究所亓老师介绍，这套实时多光谱成像系统包括了25个有效波段，波长区间为600-1000纳米，每秒钟可获取512×512米6体育的照片3张（外触发）。根据这些数据，可以很好地分析出植物的生长状况、土壤内有机物含量等信息。经过分析和处理，这些数据质量达到了预期标准，是国内为数不多在小型六边翼无人机成功获取的高光谱试验数据的技术团队。

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