光譜傳感器原理：東莞市藍(lán)海精密檢測(cè)設(shè)備科技有限公司
光譜共焦傳感器原理
1. 一束白光穿過小孔S，照射在色散鏡頭組L上。色散鏡頭組把白光分解成不同波長(zhǎng)的單色光，每一個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的距離值。
2. 當(dāng)對(duì)象出現(xiàn)在測(cè)量區(qū)域的時(shí)候，一個(gè)特定波長(zhǎng)的單色光正好照射在其表面，并且反射進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)。
3. 此反射光通過一個(gè)小孔S,,（只有完美聚焦在被測(cè)體表面的光才可以穿過這個(gè)小孔），由波長(zhǎng)識(shí)別系統(tǒng)(光譜儀)識(shí)別其波長(zhǎng)，從而得到其所代表的精確距離值。
4.由光源射出一束寬光譜的復(fù)色光（呈白色），通過色散鏡頭發(fā)生光譜色散，形成不同波長(zhǎng)的單色光。每一個(gè)波長(zhǎng)的焦點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)距離值。測(cè)量光射到物體表面被反射回來，只有滿足共焦條件的單色光，可以通過小孔被光譜儀感測(cè)到。通過計(jì)算被感測(cè)到的焦點(diǎn)的波長(zhǎng)，換算獲得距離值.
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發(fā)燒友 2021-04-02 08:53:41
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光譜傳感器原理：多光譜傳感器
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多光譜傳感器
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本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目
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。
多光譜傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu), 包括光學(xué)部分和控制/ 顯示部分，光學(xué)通路, 包括成像光學(xué)元件和劃分光譜的光學(xué)元件。傳感器的外殼內(nèi)裝有一個(gè)用于接收被測(cè)輻射的入射孔徑。在入射孔徑后面的輻射路徑中,光學(xué)裝置將人射光束分裂, 使其進(jìn)入若干個(gè)濾光片, 這些濾光片具有各不相同的光譜透射范圍, 超出這些范圍, 它們都是反射的。在這些濾光片后面的部分光束的輻射通路中裝有輻射敏感元件。濾光片與入射光束的光軸是平行排列的。光學(xué)裝置鏡面互相相對(duì)傾斜, 它們對(duì)于被測(cè)光束的光譜范圍是高度反射的。光學(xué)裝置是一個(gè)棱錐體, 它有一個(gè)對(duì)角的基表面, 其棱角的數(shù)目與濾光片的數(shù)目相對(duì)應(yīng)。
中文名
多光譜傳感器
外文名
multispectral sensor
主要組成部分
一個(gè)光源和成像系統(tǒng)
功 能
成像傳感
作 用
檢測(cè)來自非生物的肉或有機(jī)材料
譜 段
可見光、近紅外、中長(zhǎng)波紅外
目錄
1
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2
光學(xué)通路
3
具體設(shè)計(jì)
4
國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
多光譜傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
編輯
語(yǔ)音
多光譜傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu), 包括光學(xué)部分和控制/ 顯示部分。
多光譜傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
光學(xué)部分包括利用離軸3鏡反射光學(xué)元件的成像光學(xué)元件、利用分光鏡來劃分譜段的分光元件。所劃分的6 個(gè)譜段需要用6個(gè)探測(cè)器, 分別是3個(gè)可見光探測(cè)器、1個(gè)近紅外探測(cè)器、1個(gè)中波紅外探測(cè)器、1個(gè)長(zhǎng)波紅外探測(cè)器。標(biāo)準(zhǔn)溫度板放置在中央圖像的周圍以補(bǔ)償紅外探測(cè)器的非均勻性。控制/顯示部分包括控制器、圖像信號(hào)處理器、溫度控制器和顯示器(屏幕), 其中, 控制器、圖像信號(hào)處理器控制6 個(gè)譜段的圖像。在可見光和近紅外譜段以8bit的速度對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理, 在紅外譜段是以12bit的速度對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。數(shù)字化圖像被記錄在光學(xué)磁盤上。溫度控制器將光學(xué)元件控制在20 ℃ 一40 ℃范圍內(nèi)。顯示器(屏幕) 可顯示出控制器/ 信號(hào)處理器處理過的圖像,圖像水平分辨率高于1000線。
[1]
多光譜傳感器光學(xué)通路
編輯
語(yǔ)音
多光譜傳感器的光學(xué)通路圖, 包括成像光學(xué)元件和劃分光譜的光學(xué)元件。成像光學(xué)元件使用的是離軸3鏡反射光學(xué)元件, 它可在寬的視場(chǎng)內(nèi)提供一個(gè)光譜范圍寬、分辨率高的無遮擋視場(chǎng)。3鏡式像散透鏡由2個(gè)非球面鏡和1個(gè)球面鏡組成, 成為一個(gè)具有遠(yuǎn)心焦平面的結(jié)構(gòu)。
多光譜傳感器的光學(xué)通路圖
劃分光譜的光學(xué)元件由4 個(gè)分光鏡組成。被稱為Drude的分光鏡首先將光線分成可見光/近紅外和紅外譜段, 然后再用另外3 個(gè)分光鏡將光譜范圍分成3 個(gè)可見光、1個(gè)近紅外、1個(gè)中波紅外和1個(gè)長(zhǎng)波紅外譜段。中央圖像被傳輸?shù)椒糯笙禂?shù)約為1/ 2.6 的紅外探測(cè)器上以便校正可見光/ 近紅外和中波/長(zhǎng)波紅外之間的像面差。具有1000個(gè)元件的CCD用于3個(gè)可見光譜段和一個(gè)近紅外譜段, 具有960個(gè)元件的HgCdTe線陣用于中波紅外和長(zhǎng)波紅外譜段。
[1]
多光譜傳感器具體設(shè)計(jì)
編輯
語(yǔ)音
傳感器的外殼內(nèi)裝有一個(gè)用于接收被測(cè)輻射的入射孔徑。在入射孔徑后面的輻射路徑中,光學(xué)裝置將人射光束分裂, 使其進(jìn)入若干個(gè)濾光片, 這些濾光片具有各不相同的光譜透射范圍, 超出這些范圍, 它們都是反射的。在這些濾光片后面的部分光束的輻射通路中裝有輻射敏感元件。濾光片與入射光束的光軸是平行排列的。光學(xué)裝置鏡面互相相對(duì)傾斜, 它們對(duì)于被測(cè)光束的光譜范圍是高度反射的。光學(xué)裝置是一個(gè)棱錐體, 它有一個(gè)對(duì)角的基表面, 其棱角的數(shù)目與濾光片的數(shù)目相對(duì)應(yīng)。
[2]
多光譜成像系統(tǒng)利用，而不是通常用于紅外成像所用的準(zhǔn)單色照明多種光照波長(zhǎng)。正交的線性偏振配置強(qiáng)調(diào)這多光譜光，能穿透皮膚的表面。然后經(jīng)過光從之前對(duì)圖像陣列皮膚出現(xiàn)多重散射事件。在避免了紅外光學(xué)現(xiàn)象，多光譜成像傳感器，能夠收集更多的識(shí)別從手指比紅外傳感器的數(shù)據(jù)。多光譜成像傳感器可以透過國(guó)際公路貨運(yùn)的無縫集成為一個(gè)紅外圖像系統(tǒng)，也可以獨(dú)立的。
多光譜傳感器國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
編輯
語(yǔ)音
在紅外多光譜傳感器的生產(chǎn)研制方面，國(guó)外的研究起步較早，也取得了大量成果。20世紀(jì)80年代成像光譜儀的出現(xiàn)是國(guó)際遙感發(fā)展史上具有標(biāo)志性的成果，它的出現(xiàn)開啟了多光譜成像探測(cè)技術(shù)的開端。英國(guó)率先研制成功了雙色SPRITE探測(cè)器，之后在TICMII的基礎(chǔ)上，研制出了兩波段的熱像儀。法國(guó)于1977年研制出了實(shí)用化的雙波段搜索跟蹤系統(tǒng)“VAMPIR”，并將該系統(tǒng)裝備在兩艘導(dǎo)彈驅(qū)逐艦上。自從1983年美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)研制成功第一臺(tái)成像光譜儀(AISI)以來，多光譜成像系統(tǒng)的研究日趨活躍。美國(guó)OKSI公司在1922年，設(shè)計(jì)了工作在可見/近紅外及中波紅外的智能導(dǎo)引頭多光譜成像儀。該多光譜傳感器采用卡塞格林物鏡將入射光進(jìn)行會(huì)聚，后端采用分光鏡將500-1000nm可見/近紅外光反射進(jìn)入相應(yīng)分光子光路，采用256.256元CCD探測(cè)器接收；將2.5-5μm中波紅外輻射透射過分光鏡至紅外分光子光路，并采用160.120元InSb陣列接收。
[3]
美國(guó)軍方“聯(lián)合多光譜計(jì)劃(JMSP)于1993年11月和1994年6月進(jìn)行了紅外多光譜現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。在試驗(yàn)中，對(duì)目標(biāo)和背景的光譜特征進(jìn)行綜合分析后，確定了帶寬為200μm，中心波長(zhǎng)分別為8.7μm、9.15μm、9.35μm的三個(gè)最佳工作波段，這三個(gè)波段已成為機(jī)載前視紅外(FLIR)系統(tǒng)的推薦工作波段。最近，在美國(guó)的“國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃”中，采用了可見光、短波紅外、中波紅外和長(zhǎng)波紅外四個(gè)光譜段對(duì)地基動(dòng)能攔截器的大氣層外目標(biāo)攔截的效果進(jìn)行觀測(cè)評(píng)估。此外，在經(jīng)典的雙波段探測(cè)技術(shù)上，人們沒有停止過對(duì)最佳工作波段的探索。荷蘭國(guó)防、保密與安全研究機(jī)構(gòu)的工作人員提出了一種在中波紅外范圍尋求兩個(gè)最佳波段組合的方法，該方法確定的兩個(gè)工作波段分別為4.49~4.56μm和3.5μm附近的一個(gè)窄波段。這種波段組合很大程度上提高了紅外傳感器的探測(cè)距離。美國(guó)的“戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御計(jì)劃”和“國(guó)家導(dǎo)彈防御計(jì)劃”在研究處于助推階段的彈道導(dǎo)彈時(shí)，采用了3~5μm和8~12μm的波段組合，較好的實(shí)現(xiàn)了成像探測(cè)。最近幾年，隨著各方面相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，多光譜傳感器在高速場(chǎng)景的實(shí)時(shí)成像探測(cè)方面已成為可能。2005年3月，由美國(guó)導(dǎo)彈防御局(MDA)倡導(dǎo)的小企業(yè)創(chuàng)新計(jì)劃(SBIR)中就出現(xiàn)了“瞬時(shí)事件的超光譜/多光譜成像”項(xiàng)目。許多國(guó)家都投入到紅外多光譜傳感器的研制中，并研制出了四五十種各具特色的多光譜成像傳感器，這些傳感器有的己經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)運(yùn)營(yíng)，技術(shù)比較成熟。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)紅外多光譜成像技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，包括光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、非球面以及衍射光學(xué)元件的應(yīng)用、探測(cè)器的研究等。但是由于國(guó)內(nèi)對(duì)于紅外熱成像技術(shù)的研究起步較晚且受到國(guó)外的技術(shù)封鎖，水平與規(guī)模和國(guó)外相比尚有一定的差距。
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參考資料
1.
王麗霞. 航空偵察中使用離軸3鏡式反射光學(xué)元件的多光譜傳感器[J]. 航天返回與遙感, 1999(1):32-39.
2.
佚名. 多光譜傳感器[J]. 紅外, 1994(7).
3.
[1]張兆敏.紅外多光譜成像傳感器仿真及成像特性分析[D].西安電子科技大學(xué),2013.DOI:10.7666/d.D.
光譜傳感器原理：還不了解多光譜傳感器這些知識(shí)？那你可真是OUT啦！
原標(biāo)題：還不了解多光譜傳感器這些知識(shí)？那你可真是OUT啦！
光譜分析背景知識(shí)
光譜分析是指在用適當(dāng)?shù)墓庠凑丈淠繕?biāo)之后，反射光譜儀使用光學(xué)濾波器來捕獲從目標(biāo)反射的不同波長(zhǎng)的光。由于目標(biāo)材料吸收一組特征波長(zhǎng)，因此分析反射光可以揭示關(guān)于目標(biāo)化學(xué)成分的信息。從之前在天文，化學(xué)和物理學(xué)方面的開創(chuàng)性應(yīng)用，到現(xiàn)在這一技術(shù)已走出了實(shí)驗(yàn)室，在藥理學(xué)，醫(yī)學(xué)和電信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛的企業(yè)級(jí)應(yīng)用。
PART1:多光譜傳感器簡(jiǎn)介
多光譜傳感器由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和光學(xué)通路組成。傳感器的外殼裝有一個(gè)用于接收被測(cè)輻射的入射孔徑。在入射孔徑后面的輻射路徑中,光學(xué)裝置將入射光束分裂,使其進(jìn)入若干個(gè)濾光片, 這些濾光片具有各不相同的光譜透射范圍,超出這些范圍,它們都是反射的。在這些濾光片后面的部分光束的輻射通路中裝有輻射敏感元件。濾光片與入射光束的光軸是平行排列的。光學(xué)裝置鏡面互相相對(duì)傾斜,它們對(duì)于被測(cè)光束的光譜范圍是高度反射的。光學(xué)裝置是一個(gè)棱錐體, 它有一個(gè)對(duì)角的基表面,其棱角的數(shù)目與濾光片的數(shù)目相對(duì)應(yīng)。
PART2:多光譜傳感器結(jié)構(gòu)
多光譜傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括光學(xué)部分和控制/顯示部分。光學(xué)部分包括利用離軸3鏡反射光學(xué)元件的成像光學(xué)元件、利用分光鏡來劃分譜段的分光元件。所劃分的6個(gè)譜段需要用6個(gè)探測(cè)器，標(biāo)準(zhǔn)溫度板放置在中央圖像的周圍以補(bǔ)償紅外探測(cè)器的非均勻性。
控制/顯示部分包括控制器、圖像信號(hào)處理器、溫度控制器和顯示器（屏幕），其中，控制器、圖像信號(hào)處理器控制6個(gè)譜段的圖像。在可見光和近紅外譜段以8bit的速度對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，在紅外譜段是以12bit的速度對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。數(shù)字化圖像被記錄在光學(xué)磁盤上。溫度控制器將光學(xué)元件控制在20℃一40℃范圍內(nèi)。顯示器（屏幕）可顯示出控制器/信號(hào)處理器處理過的圖像，圖像水平分辨率高于1000線。
多光譜傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
PART3:多光譜傳感器光學(xué)通路
多光譜傳感器的光學(xué)通路，包括成像光學(xué)元件和劃分光譜的光學(xué)元件。成像光學(xué)元件使用的是離軸3鏡反射光學(xué)元件，它可在寬的視場(chǎng)內(nèi)提供一個(gè)光譜范圍寬、分辨率高的無遮擋視場(chǎng)。
劃分光譜的光學(xué)元件由4個(gè)分光鏡組成。Drude分光鏡首先將光線分成可見光/近紅外和紅外譜段，然后再用另外3個(gè)分光鏡將光譜范圍分成3個(gè)可見光、1個(gè)近紅外、1個(gè)中波紅外和1個(gè)長(zhǎng)波紅外譜段。
中央圖像被傳輸?shù)椒糯笙禂?shù)約為1/2.6的紅外探測(cè)器上以便校正可見光/近紅外和中波/長(zhǎng)波紅外之間的像面差。具有1000個(gè)元件的CCD用于3個(gè)可見光譜段和一個(gè)近紅外譜段，具有960個(gè)元件的HgCdTe線陣用于中波紅外和長(zhǎng)波紅外譜段。
福利放送
2019/12/04
或許有些讀者想咨詢一下多光譜傳感器的實(shí)用案例，以便能詳細(xì)了解光譜傳感的最新技術(shù)，新型傳感器的性價(jià)比以及壽命等情況。為此，我們特意邀請(qǐng)了ams的趙智慧女士來為大家詳細(xì)分析。
嘉賓介紹
2019/12/04
趙智慧女士有著豐富的傳感器應(yīng)用及技術(shù)積累，重點(diǎn)專注于光學(xué)傳感器領(lǐng)域，在半導(dǎo)體領(lǐng)域已擁有超過10年的工作經(jīng)驗(yàn)。
會(huì)議亮點(diǎn)
2019/12/04
1.芯片級(jí)光譜傳感器解決方案可實(shí)現(xiàn)在消費(fèi)類、工業(yè)以及健康設(shè)備中的多種新應(yīng)用。
2.通過先進(jìn)的 CMOS濾波器技術(shù)實(shí)現(xiàn)高度集成，確保產(chǎn)品在生命周期內(nèi)的校準(zhǔn)精度。
3.將實(shí)驗(yàn)室級(jí)精度帶到現(xiàn)實(shí)，并與資深工程師共同探討光譜傳感的原理及市場(chǎng)前沿應(yīng)用。
福利滿滿
2019/12/04
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2019/12/04
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