高光譜成像儀的案例
Zemax案例 | 基于自由曲面的高分辨率成像光譜儀設計
參考文獻：
[1]武艷艷，謝微.基于自由曲面的成像光譜儀設計［J］.光子學報，2025，54（8）：0811003
萊森光學：無人機高光譜遙感技術在自然資源調查中的應用進展
在無人機高光譜遙感系統中，除了無人機平臺以及搭載的高光譜成像儀之外，為了實現精確的地理配準，微型計算機和 GNSS/IMU 模塊也需要集成到無人機高光譜成像系統中。由于高光譜數據一般具有空間分辨率高、光譜分辨率高和光譜通道多等特征，對 GNSS/IMU 精度要求較高，同時需要配置可靠的三軸穩定平臺減少無人機振動對高光譜成像儀視軸穩定性的干擾。
2.2?研究現狀
?目前，國內無人機高光譜遙感系統在VNIR譜段的研究和產品研發已近相對成熟，許多國內的系統已經在不同領域實現了廣泛應用，但 SWIR、MWIR 以及 LWIR 譜段無人機高光譜遙感系統的研究相對國外仍有較大差距。即使在 VNIR 譜段，國內外相關系統在成像光譜儀的光譜分辨率、光譜波段數、重量等性能參數上雖無顯著區別，但國外的系統在集成化、輕量化、軟件自動化方面更加出色，為用戶提供了更便捷的操作體驗以及全流程的處理軟件，極大了提高了調查效率。此外，在儀器成像方式上，國內主流的商業無人機高光譜遙感系統多使用推掃式的系統，而國外已有快照成像方式的系統，在采集速度與圖像質量方面有較大提升。
展開 設計仿真 | MSC Nastran助力AEH公司光學系統的機械設計
在一個設計高光譜成像儀的項目中，AEH/Ivory被用于將系統的光學方案作為輸入數據文件導入到MSC Nastran中，通過系統跟蹤所有光學圖像，并報告MSC Nastran計算的探測器上最終圖像的靜態和動態運動。這種方法在早期給出了關于剛度是否足夠的有意義的數值，并且在整個開發過程中可以跟蹤這些值。
04
案例：高光譜成像儀
使用軟件工具，成像儀由九個光學元件和一個探測器組成。光學方案是描述光學元件表面的一組屬性參數：曲率半徑、光學介質的折射率、元件的厚度或元件之間的空氣空間、元件類型和特定數據，如折疊幾何的光柵常數和入射角等。AEH/Ivory將這些數據轉換為MSC Nastran的輸入數據文件，以確定探測器上的圖像運動。
在AEH/Ivory的輸入數據文件中，多點約束方程包含了圖像的影響方程。這些方程將圖像的運動與系統中所有光學元件的運動聯系起來。然后可以在MSC Nastran中確定基于影響方程的探測器處的圖像運動。
然后，將初始AEH/Ivory輸入數據文件導入Patran，以顯示光學元件和圖像之間的關系，以及如果任何元件移動，它將如何導致圖像移動。Patran中的這個初始MSC Nastran模型，添加了集中質量單元和梁單元以模擬支撐光學元件的結構件，用作測試模型的簡化結構。
圖 1 ：高光譜成像儀
項目第一天
根據項目方案中概念性的粗略CAD模型創建概念分析模型，添加梁單元以表示擬定的結構。在簡化模型的首次細化中，集中質量單元被透鏡的有限元網格模型、光學元件的實際質量和結構剛度所取代。隨著AEH/Ivory的影響方程驅動圖像運動，MSC Nastran中的分析已經準備開始。
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在一個設計高光譜成像儀的項目中，AEH/Ivory被用于將系統的光學方案作為輸入數據文件導入到MSC Nastran中，通過系統跟蹤所有光學圖像，并報告MSC Nastran計算的探測器上最終圖像的靜態和動態運動。這種方法在早期給出了關于剛度是否足夠的有意義的數值，并且在整個開發過程中可以跟蹤這些值。
案例：高光譜成像儀
使用軟件工具，成像儀由九個光學元件和一個探測器組成。光學方案是描述光學元件表面的一組屬性參數：曲率半徑、光學介質的折射率、元件的厚度或元件之間的空氣空間、元件類型和特定數據，如折疊幾何的光柵常數和入射角等。AEH/Ivory將這些數據轉換為MSC Nastran的輸入數據文件，以確定探測器上的圖像運動。
在AEH/Ivory的輸入數據文件中，多點約束方程包含了圖像的影響方程。這些方程將圖像的運動與系統中所有光學元件的運動聯系起來。然后可以在MSC Nastran中確定基于影響方程的探測器處的圖像運動。
然后，將初始AEH/Ivory輸入數據文件導入Patran，以顯示光學元件和圖像之間的關系，以及如果任何元件移動，它將如何導致圖像移動。Patran中的這個初始MSC Nastran模型，添加了集中質量單元和梁單元以模擬支撐光學元件的結構件，用作測試模型的簡化結構。
圖1：高光譜成像儀
項目第一天
根據項目方案中概念性的粗略CAD模型創建概念分析模型，添加梁單元以表示擬定的結構。在簡化模型的首次細化中，集中質量單元被透鏡的有限元網格模型、光學元件的實際質量和結構剛度所取代。
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在一個設計高光譜成像儀的項目中，AEH/Ivory被用于將系統的光學方案作為輸入數據文件導入到MSC Nastran中，通過系統跟蹤所有光學圖像，并報告MSC Nastran計算的探測器上最終圖像的靜態和動態運動。這種方法在早期給出了關于剛度是否足夠的有意義的數值，并且在整個開發過程中可以跟蹤這些值。
案例：高光譜成像儀
使用軟件工具，成像儀由九個光學元件和一個探測器組成。光學方案是描述光學元件表面的一組屬性參數：曲率半徑、光學介質的折射率、元件的厚度或元件之間的空氣空間、元件類型和特定數據，如折疊幾何的光柵常數和入射角等。AEH/Ivory將這些數據轉換為MSC Nastran的輸入數據文件，以確定探測器上的圖像運動。
在AEH/Ivory的輸入數據文件中，多點約束方程包含了圖像的影響方程。這些方程將圖像的運動與系統中所有光學元件的運動聯系起來。然后可以在MSC Nastran中確定基于影響方程的探測器處的圖像運動。
然后，將初始AEH/Ivory輸入數據文件導入Patran，以顯示光學元件和圖像之間的關系，以及如果任何元件移動，它將如何導致圖像移動。Patran中的這個初始MSC Nastran模型，添加了集中質量單元和梁單元以模擬支撐光學元件的結構件，用作測試模型的簡化結構。
圖1：高光譜成像儀
項目第一天
根據項目方案中概念性的粗略CAD模型創建概念分析模型，添加梁單元以表示擬定的結構。在簡化模型的首次細化中，集中質量單元被透鏡的有限元網格模型、光學元件的實際質量和結構剛度所取代。
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04
案例：高光譜成像儀
使用軟件工具，成像儀由九個光學元件和一個探測器組成。光學方案是描述光學元件表面的一組屬性參數：曲率半徑、光學介質的折射率、元件的厚度或元件之間的空氣空間、元件類型和特定數據，如折疊幾何的光柵常數和入射角等。AEH/Ivory將這些數據轉換為MSC Nastran的輸入數據文件，以確定探測器上的圖像運動。
在AEH/Ivory的輸入數據文件中，多點約束方程包含了圖像的影響方程。這些方程將圖像的運動與系統中所有光學元件的運動聯系起來。然后可以在MSC Nastran中確定基于影響方程的探測器處的圖像運動。
然后，將初始AEH/Ivory輸入數據文件導入Patran，以顯示光學元件和圖像之間的關系，以及如果任何元件移動，它將如何導致圖像移動。Patran中的這個初始MSC Nastran模型，添加了集中質量單元和梁單元以模擬支撐光學元件的結構件，用作測試模型的簡化結構。
展開 SPECTRA INSIGHT 高光譜成像軟件
Spectral Insight 可以從任何成像光譜儀獲取和處理光譜數據。光譜數據可以從第三方來源導入進行分析。圖像大小/分辨率和光譜范圍/分辨率僅受分光計或文件格式的限制。Spectral Insight 使用并行處理，以視頻或旋轉的 3D 體實時顯示數以千計的光譜圖像。每個平面圖像或 3D 體被分配與波長或波長集相關聯的獨特的調色板。每個像素、區域、光譜圖像和 3D 體積都可以分析物質、光譜匹配、異常，并使用本地或第三方光譜數據庫進行搜索。
特性
· 用戶可選擇區域和分辨率的數據采集
· 可選擇的波長范圍和帶寬
· 可將數以萬計的光譜波段顯示為圖像/視頻
· 獨特的調色板紫外線，可見光和紅外波長
· 搜索本地或在線光譜數據庫進行簽名匹配
· 分析整個圖像，可選區域，或單個像素
· 顯示體積，3D 表面，2D 圖像，1D 橫截面顯示和單像素光譜數據
· 使用行業標準或其他光譜數據進行光譜標準化
· 導入第三方光譜數據
高級功能
· 與點掃描、推掃或全圖像快照光譜儀一起使用
· 用于快速物質檢測的 AI 功能
· 使用所有可用 cpu / gpu 進行并行處理
· 簡單而強大的 Ribbon 界面
· 多種文件格式(導入、導出)
· 根據需求添加新功能
· 可作為一個完整的應用程序或程序員的庫
展開 【案例應用】 QuantumDesign中國 | 高光譜成像HSI和X-rays在食品行業的應用
單靠高光譜成像并不能解決所有問題，但它可作為一項有效的補充技術應用于視覺檢測方案，尤其是對X射線（X-Rays）技術的補充。高光譜成像無法穿透樣品，而X射線可以檢測隱藏在食品內部的污染物。由于X射線依靠密度變化進行檢測，無法表征營養特性，也無法檢測密度與產品相似的污染物，高光譜成像則可以實現這一目標。
例如，X射線能夠準確地識別出骨頭，即使它位于肉沫的內部，而高光譜相機則無法識別它。
FRED應用：TMT MOBIE成像光譜儀的概念設計階段雜散光分析
緒論
寬視場光學光譜儀(MOBIE)是視覺受限的光學光譜儀，它是為第一代Thirty Meter
Telescope (TMT)儀器而設計的。目前MOBIE儀器處于概念設計階段。本文記錄了成像模塊配置中雜散光分析的進展。在項目的這一階段雜散光分析的目標是提供預期的雜散光背景的基線評估。為此，我們完成了四個量的雜散光計算：
? 關鍵物體的識別
? 預估雜散光背景
? 離軸抑制特性
? 鬼像的形成
分析基于一個完整的系統模型（盡管簡化過）的端到端光線追跡，包括帽型圓頂、望遠鏡光學器件、支撐結構、MOBIE儀器光學器件和外殼。
圖1.完整的TMT-MOBIE雜散光分析模型
TMT-MOBIE幾何模型
端到端系統模型如圖2所示（隱藏了圓頂壁）。MOBIE儀器的成像模塊配置如圖3所示。一對大氣色散校正（ADC）棱鏡剛好位于視場光闌孔徑的前面。視場光闌是一個彎曲的掩膜，與TMT焦面的曲率相匹配，且傳輸5.4±2.1弧分×±4.8弧分的矩形視場。視場光闌是儀器內部主要的雜散光控制機構。反射瞄準儀（MC-1）沿著視場光闌。二色分束鏡透射和反射光線到紅色和藍色鏡頭部件中。隨后折疊到折射式照相機裝置中。
圖2.圓頂內部 簡化的模型只包含可能被MOBIE儀器看到的元件
圖3.MOBIE儀器模型
表面屬性指定
反射鏡表面具有一層鋁涂層，平均反射率在90%。透鏡表面具有一個理想的抗反射涂層，在每個面上反射1%的入射通量。
展開 激光共聚焦顯微拉曼光譜儀在高分子材料表征中比紅外有哪些優勢？
設備簡介
設備名稱：激光共聚焦顯微拉曼光譜儀
設備型號：DXR 3xi
在樣品分子結構和空間分布分析時，通常會遇到很多具有一定透明度的樣品如超薄多層聚合物、半導體多層膜、鍍層、多層纖維、生物細胞等，不僅需要實現表層信息的分析，同時需要探測內部成分和空間分布信息，而這些樣品大多數不能或不易切片，需要尋求具有無損探測樣品內部信息的分析手段。
國高材分析測試中心配備的顯微拉曼光譜儀具有獨特的Y-Z“切面”成像（縱向深度）和可視化3D成像（X-Y-Z）功能，均可以實現無損分析。利用儀器的針孔式真共焦功能，高精度自動平臺自動控制采集樣品縱向深度拉曼信號，無需樣品破壞和物理切片，輕松實現多層樣品深度上和三維空間上成分定性、成分分布及每層厚度的無損分析，從而實現樣品更加全面直觀的空間立體研究。
儀器結構及工作原理
圖1 高速高分辨激光共聚焦拉曼光譜儀結構示意圖
用激光作為光源激發樣品，樣品與激光相互作用后，樣品會發出拉曼信號。拉曼信號連同瑞利散射光等雜散光一起先后經過濾光片和共聚焦針孔，濾光片和共聚焦針孔會濾除絕大部分的雜散光，只允許所需要的樣品的拉曼信號進入光譜儀，樣品拉曼信號進入光譜儀后，通過光柵分光，將白光分成不同波長的光，不同波長的光信號進入檢測器，通過光電轉化，得到拉曼光譜。拉曼光譜是指紋性譜圖，可以提供樣品的化學結構、相和形態、結晶度以及分子相互作用的詳細信息。
展開 光譜成像技術如何重塑視覺邊界？
</p><p><strong>二、按光譜分辨率分類</strong></p><p><strong>（1）多光譜成像儀</strong></p><p>獲得的目標物的波段數在3~12之間，光譜分辨率一般在10nm-30nm，主要用于農作物分類等方面。</p><p><strong>（2）高光譜成像儀</strong></p><p>獲得的目標物的波段數在100~200之間，光譜分辨率在10nm左右，被廣泛用于礦物勘探、醫學腫瘤邊界檢測、工業質檢中。</p><p><strong>（3）超光譜成像儀</strong></p><p>獲得的目標物的波段數在1000~10000之間，光譜分辨率在1nm以下，通常用于大氣微粒探測等精細探測領域及實驗室級分子光譜分析中。 </p><p><strong>三、按技術原理分類</strong></p><p><strong>（1）色散型（根據色散原理）</strong></p><p>通過棱鏡或光柵分光，直接分離不同波長的光。<strong>該技術成本低廉，能夠同時對所有波長進行成像，技術比較成熟。但同一時刻只能獲得一條線的影像，光譜分辨率容易受到狹縫寬度的限制，很難做到5nm以下。</strong>通常應用于工業線掃描相機、醫學影像等。
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海洋論壇▏海洋測繪前沿技術及應用研究
近年來，衛星測高、GNSS系統等相關技術快速進步并迅速普及，海洋垂直基準數據源與表達方式產生了深刻變革。
⒉關于海洋導航定位
所有的海洋活動基本上都需要基于位置的服務目前，主要是借助GNSS聯合系統（中國北斗、美國GPS以及俄羅斯、歐盟衛星定位系統）提供海上位置的服務。船舶、其他海上航行器等導航大多采用GNSS單點定位技術；中小比例尺水下地形測量的導航定位一般采用GNSS廣域差分或星際差分技術；高精度測量的定位則主要采用GNSS RTK、PPK、PPP定位技術。水下導航定位多采用水下聲學定位系統，如LBL和USBL，上述系統均應用交會定位方法，并且經常將其組合在一起使用。在具體作業時還經常組合使用聲學定位技術、慣性導航系統、航位推算系統等，這樣既可以保證水下導航定位精度，還能提高穩健性。近年來，為加強水下潛器導航的隱蔽性、長時性和連續性，經常會將慣導系統與海底地形、地貌等幾何場、重力、磁力等物理場相關導航技術進行選擇性匹配，實現合理組合、形成（無源）自主導航定位系統，服務于水下潛器導航。
⒊關于海洋遙感技術
海洋遙感技術主要包括以下幾個類別：利用各種衛星資源（包括國內和國外的），對海洋工作區進行全方位、立體的實時監測，以獲取波浪、溫度、海冰以及風力等海洋環境第一手數據，從而獲得長期、穩定、可靠海洋觀測資料的衛星遙感；依靠機載可見光照相機和攝像機、紅外線照相機、高光譜成像儀、雷達以及合成孔徑雷達等進行海岸帶地形測量，實施海岸線、植被、水色等監測的機載遙感測量技術；帶狀海底成像設備側掃聲吶系統、多波束成像技術、合成孔徑聲吶等聲吶遙感；還有清澈海水環境下所采用的光學近景攝影技術等。
⒋關于海洋工程測量
海洋工程測量是海洋工程建設中實際勘查、設計與預算、施工與檢查、建造與運行管理過程中所應用測量技術的總稱。由于其內容比較寬泛，所以幾乎涵蓋了海洋測繪的方方面面。
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