[科普中国]-多光谱扫描仪

概述

对同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影像的摄影机，称为多光谱摄影机。采用多光谱摄影的目的，是充分利用地物在不同光谱区有不同的反射这一特征，来增多获取目标的信息量，以便提几何关系高影像的判读和识别能力。

在一般摄影方法的基础上，对摄影机和胶片加以改进，再选用合适的滤光片，即可实现多光谱摄影。根据其结构特点，可以分为三种基本类型多镜头型、多摄影机型和光朿分离型。1

工作原理利用光学机械扫描方式测量景物辐射的遥感仪器。景物辐射来自物体对阳光和天空背景光的反射或物体自身的热辐射等，光谱范围从可见光到红外波段。辐射的光谱特性反映物体的性质和状态。多光谱扫描仪是从红外行扫描仪演变来的。60年代为了获取红外图像，用红外探测器扫描方式对景物的红外辐射逐点进行探测，形成图像。这种仪器用于航空遥感时仅在与飞行方向相垂直的方向上作行扫描，利用飞机运动而形成二维图像，故称行扫描仪。只要在这种扫描仪上加上分光器件和适当的光电探测器，就可以在很宽的光谱范围内工作，发展成多光谱扫描仪。多光谱扫描仪由扫描反射镜、聚光系统、分光部件、光电探测器、辐射定标器以及信号放大、编码和处理的电子系统构成。从景物来的辐射，经扫描镜反射进入聚光系统会聚成像，由分光部件（滤光片、棱镜或光栅等）分光，分成若干波段，由相应的光电探测器（如光电倍增管、硅光二极管、锑化铟探测器、碲镉汞探测器等）分别接收并转变成电信号，经电子系统处理、传输、记录，最后可回放成图片，或处理成计算机兼容磁带，供用户使用。多光谱扫描仪适用于航空和航天遥感，其性能要求视应用目的和使用条件而定。为提高多光谱扫描仪的空间分辨率，人们正在研制电荷耦合器件的固态自扫描的多光谱扫描仪。1

结构原理由扫描反光镜，校正器，聚光系统，旋转快门，成像板，光学纤维，滤光器和探测器组成。从地物来的红外和可见光辐射进入多光谱扫描仪，经扫描镜反射进入聚光系统，成像于视场光栏处。视场光栏大小决定瞬时视场的大小。进入视场光栏的某瞬间的一像元的辐射，由单色器分光，将同一像元的辐射分成若干波段。分光的手段很多，有时单色器的波段不够宽，可以用分色片先把可见光与热红外波段分开。这样，可以在很宽的光谱范围内选取所需要的波段。然后，按不同的波段分别用相应的光电探测器和红外探测器接收。在可见光和近红外波段常用光电倍增管（见光电管与光电倍增管）或硅光电二极管，在热红外波段，常用锑化铟和碲镉汞探测器等。

特点多光谱扫描仪的优点是：

①工作波段宽，从近紫外、可见光到热红外波段，波长范围达0.35～20微米；

②各波段的数据容易配准。

这两个特点非其他遥感器所能具有，因而多光谱扫描仪是气象卫星和“陆地卫星”的主要遥感器。1

分类多摄影机型多光谱摄影机这种多光谱摄影机是用几架普通的航空摄影机组装而成的，对各摄影机分别配以不同的滤光片和胶片的组合，采用同时曝光控制，以进行同时摄影。

多镜头型多光谱摄影机多镜头型多光谱摄影机是由多个物镜构成的摄影机。它是用普通航空摄影机改制而成的，在一架摄影机上配置多个镜头，如三镜头、六镜头和九镜头，同时必须选配相应的滤光片与不同光谱感光特性的胶片组合，使各镜头在底片上成像的光谱，限制在规定的各自的波段区内。

胶片的种类共六种，（a）分色片；（b）全色片；（c）全色红外片；（d）红外片；（e）彩色三感光层；（f）彩色红外片三感光层。

光束分离型多光谱摄影机这种摄影机是利用单镜头进行多光谱摄影。在摄影时，光束通过一个镜头后，经分光装置分成几个光束，然后分别透过不同的滤光片，分成不同波段，在相应的感光胶片上成像，实现多光谱摄影。

其摄影方式有两种。一是在物镜后面加一些分光装置，使光束分离如图。利用半透明的平面镜，将光线分解成三个光束，分别通过红、绿、蓝三个滤光片，在底片上曝光成像。还可以分成五个、六个光束，分别称为五分光束摄影机、六分光束摄影机等。同时，需选取不同光谱段的滤光片和相应的摄影感光负片。二是利用响应不同波段的多感光层胶片进行多光谱摄影。经摄影处理的胶片，可以得到一张合成了的多光谱像片，即人们所熟悉的彩色摄影和彩红外摄影。1