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用高光谱和偏振图像进行遥感.txt生活是过出来的，不是想出来的。放得下的是曾经，放不下的是记忆。无论我在哪里，我离你都只有一转身的距离。《红外》月刊2003 用高光谱和偏振图像进行遥感 引言 由于物体发射或反射的光中具有丰富的光 谱成分，用高光谱成像技术进行目标探测和识 别是很有希望的、一般说来，图像中的光谱成 分可以利用具有光谱分离功能的滤光或分色元 件如声光可调谐滤光片(AoTF卜滤光片轮、衍 射光栅以及棱镜等获得。为了对快速变化的场 景进行超光谱成像，最好是选择一种灵活、可 编程的滤步元件，因为谱段的选择是与目标以 及背景有关联的。高光谱成像技术目前还没有 得到普及{其主要原因之一是采用传统技术的 高光谱成像需要处理大量数据。基于AoTF技 术的成像器，可以给下一代紧凑、轻量、低成 本、可编程的高光谱成像系统的研制带来许多 便利。它们不仅可以解决数据瓶颈问题，而且还 可以提供偏振特征，从而形成更好的目标探测 和辨别能力。诸如土壤和植被之类的天然物体 一般都有许多不规则的形状，在许多应用中， 它们常常是人们所关注的背景。与这种天然物 体相比，人造目标的偏振特征则更容易分辨。 具有光谱和偏振鉴别能力的高光谱成像系统将 会在未来的各种遥感应用中作出重大贡献。 美国陆军研究实验室目前正在研制小型、 紧凑、’抗振动、坚固、灵活、便于携带的高光谱 /偏振成像仪，这些成像仪都是用AoTF作为自 适应色散元件的。用AOTF作为可编程体积光 栅，可以制造出能够以顺序方式或者随机方式 从紫外到远红外的宽波长范围内快速调谐(数 十微秒)，并能用相当窄的波段获取图像的高光 谱成像仪。由于能以灵活的方式从这种成像仪 中获得光谱图像，人们便可以只获取那些有用 的光谱图像，而无需像传统的高光谱成像仪那 样做大量的数据处理和存储工作。AoTF的另 一个特点是，它是一种全偏振器件。人们可以 用它来设计一种分光偏振成像仪，例如，人们 可以将.AOTF同两台分立的摄像机一起使用， 以同时获取两幅正交偏振图像;或者将AoTF 同一台摄像机和另一种偏振器件如可变延迟板 一起使用，以获取具有不同偏振特性的连续图 像。 在AOTF中，人们是通过给一块双折射晶 体施加射颜(rf)声波来建立一个移动衍射光栅 的。根据用于制备元件的双折射晶体的不同， AOTF可以被制成共线型或非共线型。在共线 结构(采用诸如石英、妮酸铿之类的晶体)中，入 射光、衍射光及声波是朝同一个方向行进的。 入射光束和衍射光束的偏振是正交的，可以用 一组偏振器进行分离。在非共线元件(采用诸如 TeO:、HgZCI:之类的晶体)中，入射光束和衍 射光束的行进方向与声波的不同。向上漂移和 向下漂移的衍射光束为正交偏振，它们互相之 间在空间上是分离的，而且当它们从晶体中出 射时，与未衍射光束也是分离的。 由于AOTF能够在比较短的时间内得到调 谐，它们也许比较适合在目标和背景场景变化 非常快的场合使用。分光偏振系统的总速度还 取决于另一个偏振器件即延迟板的速度。另外， AOTF还允许同时应用多个射频信号，这对于 同时选择多个谱段和改变仪器的光谱分辨率都 是有用的。在一个谱段不足以进行精确鉴别和 辨认的情况下，这可以用来测量目标和背景的 复合分光偏振特征。 本文简要介绍美国陆军研究实验室研制的 一种覆盖可见光至近红外谱区的紧凑型分光偏 振成像仪的设计原理。该分光偏振成像仪是利 用一个非共线Teo:AOTF和位于该AoTF前面 INFRAREn(MoNTH昨)/AUG2003第8期《红外》月刊 的一块向列液晶可变延迟板来获取具有不同偏 振特性的图像的。研究人员曾经在实验室内和 室外用它获取过分光偏振图像。下面将介绍他 们从室外实验中获得的一些数据以及用这种数 据进行分析的结果。 2AOTF分光偏振成像仪 美国陆军研究实验室已研制了四台独立的 覆盖可见光至长波红外谱区的AOTF高光谱成 像仪。另外，他们还设计了一台分光偏振成像 仪，这台分光偏振成像仪是采用让来自场景的入 射白光先通过一个偏振选择器件然后再通过焦 平面前面的一个光谱选择器件的思想设计的， 其偏振选择器件为一种可通过电子方法调谐的 液晶可变延迟板，而光谱选择则是用一个AOTF 进行的。图1示出了该偏振成像仪的总的设计 概念。通过在AoTF前面放一个可通过电子方 法调谐的延迟板，该仪器便可以测量目标的偏 振特性。图像立方体是通过改变施加于AOTF 上的射频从而改变随时间而变的过滤波长形成 的。美国陆军研究实验室研制的四台不同的成 像仪工作于下面四个波长区:0.4拜m~1.0拼m可 见光近红外波长区;已9脚、1.7拼m短波红外 波长区;2.0脚、4.5月m中波红外波长区以及 8.即m~n.5拼m长波红外波长区。前面三台成像 仪采用一种TeO:AoTF，