可见近红外 高光谱成像仪

ATH1010L

 

产品概述

ATH1010是一种体积小、重量轻的微型高光谱成像仪，特别适合配合无人机适用。除了体积小、重量轻以外，ATH1010具有高空间分辨率、高频谱分辨率、宽成像范围等特点，ATH1010由两部分组成：成像镜头和高光谱仪，其中高光谱仪基于透射光栅技术，具有良好的像差特性。

   ATH1010采用1920×1200像素（窄视场）或者2048×2048（宽视场）的高性能CCD成像器件，成像清晰、噪点少；ATH1010型是常规直筒型高光谱，适合多旋翼无人机。针对固定翼无人机和其他短起落架的无人机，奥谱天成推出了专门的ATH1010L型折弯光路高光谱，以降低对起落架高度的要求。

   ATH1010可用于实时测量植物、水体、土壤等地物的光谱信息，并获得光谱图像，通过分析光谱图像，可与植物等的理化性质建立关系，用于植物分类，植物生长状况等研究。整个系统设计紧凑，成像光谱仪主机光谱分辨率高，同时采用外置推扫成像方式，可与野外旋转平台及室内线性扫描平台分别组成独立的测量系统，也可挂载在无人机，进行航空遥感作业。

型号	特征
ATH1010	视场范围较窄，1920X1200像素
ATH1010W	宽视场范围，2048X2048像素
ATH1010L	L型高光谱成像仪，窄视场，适合固定翼无人机
ATH1010LW	L型高光谱成像仪，宽视场，适合固定翼无人机

 

产品特征

l 波段范围：400~1000nm

l 高光谱分辨率：优于1.5 nm

l 分光光路：全息透射光栅分光

l 最大视场角：31.7°

l 最小瞬时视场角：1.2 mrad

l 超群的成像性能

l 强大的图像压缩算法

l 体积紧凑：279 mm × 64 mm × 55 mm

l 重量轻：<700g

l 无机械扫描，可靠性高

产品应用

l 地质与矿产资源勘察

l 精准农业、农作物长势与产量评估

l 森林病虫害监测与防火监测

l 海岸线与海洋环境监测

l 草场生产力及草场监测

l 湖泊与流域环境监测

l 遥感教学与科研

l 气象研究

l 生态环境保护及矿山环境监控

l 水质检测，土壤监测

l 农畜产品品质检测

l 军事、国防和国土安全

l 灾害防治

 

图1 ATH1010型高光谱成像仪

图2 ATH1010L型高光谱成像仪（适合固定翼无人机）

 

 

 

2. ATH1010的成像测试

图1 ATH1010拍摄日光灯的光谱图，分辨率优于1.47 nm@578nm（无Binning）

 

3. ATH1010实物图及尺寸图

图2   ATH1010外观设计图

 

 

 

图3 ATH1010L外观设计图

 

 

图5 挂载在无人机机腹下的ATH1010高光谱成像仪

图6 挂载在无人机机腹下的ATH1010高光谱成像仪

 

 

4. 应用举例

 

图9 无人机挂载实验

图10 外场实验场景1

图11 外场实验场景2

图12 外场实验场景3

图13 高光谱成像仪测绿色植物的光谱图

 

 

4.1. 探矿的应用

光谱遥感技术是由以Landsat 为代表的多光谱遥感技术演化发展而成，于上世纪 80年代中期初步成型(Goets et al., 1985，童庆禧等，2006)。因其光谱分辨率高和图谱合一的优点，高光谱遥感技术具备从空间大尺度上精细探测和分析地表岩石矿物成分的能力。其不仅能提供地面宏观影像，而且可在像元级别的细节上确定地质体中矿物的种类和丰度、甚至某些矿物的化学成分等信息(王润生等，2010)。近年来，随着与成像光谱仪有关的硬件和数据处理方法及软件的持续发展，高光谱遥感技术在地质调查领域的应用得到了加速推广。从大型成矿区带到中型规模的矿田，高光谱遥感技术在地质填图、热液蚀变带的界定划分、和矿化异常区的圈定和判别等方面，都起了重要作用(如 Bierwirth et al., 2002；连长云等，2005；Kruse et al, 2006；Cudahy et al., 2007；王润生等，2010；刘德长等，2011；闫柏琨等，2014；杨自安等，2015；Graham et al., 2017)。随着成矿系统理论(Wyborn et al., 1994)更深入地成为找矿实践的指导思想，大型矿集区和成矿带规模的专题性矿物填图将为预测性找矿勘探提供关键的区域性物质成分信息。

矿物填图所用的光谱波长区间包括了可见光(400~700nm)、近红外(700~1000nm)、短波红外(1000~2500nm)、和热红外(7000~15000nm)。目前矿业应用最广的是短波红外区域(1000~2500nm)。由于与矿物晶格中化学键振动的协频和组合频的频率接近，在短波红外波长范围内，可以观测含水或含 OH-的矿物(主要为层状硅酸盐和粘土类)以及某些硫酸盐和碳酸盐类矿物。

 

图14 高光谱成像仪在探矿方面的应用

 

土壤盐渍化是干旱、半干旱区所面临的重要生态环境问题之一，土壤盐渍化引起的土壤板结、肥力下降、酸碱失衡、土地退化等后果，严重制约我国农业发展，影响当前我国可持续发展的战略大局。遥感技术因其尺度大、范围广、时效性强、经济性强等特点，很好的弥补了传统盐渍化现象监测方法的不足，为定量监测土壤盐渍化现象提供了崭新的途径。

图15 某盐场周边区域

图16 某矿场测量图

 

 

4.2. 植被生长情况的应用

图17 植物生长情况高光谱

4.3. 林木健康情况的应用

用于病虫害监测、森林资源评估

原理：植被健康状况与绿度指数、叶面积指数、叶片水分含量和光利用效率有关

图18 高光谱成像仪研究马尾松健康程度

 

 

4.4. 森林防火预防应用

着火可能性分析， 分辨着火范围和着火点

原理：植被着火可能性与绿度指数、冠层水分含量、干旱和非光合植物造成的碳衰减有关

图19 高光谱在森林防火的应用

4.5. 医用显微成像光谱应用

应用目标：肿瘤手术术中在线检测及导航定位

图20 医用显微成像光谱仪光路示意图

图中所示是医用显微成像光谱仪的原理示意图，手术台上的待测目标经物镜、显微透镜组后分为三路，一路供主刀医生目视观测，一路供助手辅助目视观测，一路由成像光谱仪探测接收，成像光谱仪由电机带动对待测目标进行空间维扫描，得到待测目标的成像光谱信息，再经数据分析图像处理后，通过显示器显示给医生。

 

 

图21 医用显微成像光谱仪实物图

 

图22 医用显微成像光谱仪数据

4.6. 机载成像光谱应用

应用目标：机载遥感

应用简介：图中所示是基于SpecVIEW-VIS的机载成像光谱仪，该仪器由SpecVIEW-VIS、稳定平台及POS模块组成。图20、图21所示是该仪器于2014年12月在湖北荆门飞行获取的数据，图20所示为经过几何校正、航带拼接及辐射校正之后的伪彩图像，图21所示为典型地物的光谱曲线。

 

图23 机载遥感应用

图24 机载应用数据——伪彩图像

图25 机载应用数据——光谱曲线

 

 

图26 森林遥感，机载高光谱观测森林病虫害

 

图27 水体探测（湖泊浮游生物，藻类，植被研究）

2. 奥谱天成生产的高光谱产品系列

图28 奥谱天成生产的高光谱产品系列