红外视频高光谱成像技术及产业化应用

红外视频光谱成像技术及产业化应用探讨中国科学院上海技术物理研究所国科大杭州高等研究院李春来2024年9月深圳报 告 提 纲红外高光谱成像的技术需求和应用1典型传感器介绍与技术发展趋势2基于计算的红外视频光谱新技术3红外视频光谱技术的产业化探讨4一、红外高光谱成像技术的需求和发展高光谱成像可同时观测三要素—空间成像，辐射测量，光谱信息光学波段—紫外、可见、短波红外、中波红外、热红外（3~14μm ）、甚长波高分辨率高光谱成像是一种先进对地观测手段，在环境监测/资源勘探/精细农业/土地分类管理等诸多方面已发挥重要应用价值。目前在红外谱段（3~14μm）的高光谱成像载荷研制和应用有一定进展，机载遥感方面取得了成果，但国际上尚无空间在轨应用。一、红外高光谱成像技术的需求和应用红外高光谱典型应用模型---污染/化学气体（遥测型）精细监测✓机理1：气体振动波长处于红外电磁波谱，有“指纹”特征，当红外光穿过气体时，特定波长光被吸收，可对气体成分判断✓机理2：差分反演气体算法，与无气体背景进行差分，可以快速准确判断有无，可对气体排放进行预警✓机理3：物质吸收光能产生机械波，强弱反映吸收光能量，强度随入射光波长变化形成光谱，可对气体浓度定量探测污染气体热红外高光谱视频成像仪观测背景等效300K黑体目标辐射Ptar目标辐射Ptar×τ gas气体云团图像气体释放种类气体浓度分布气体扩散趋势相比静态的矿物探测识别，气体探测识别对时间分辨率有一定要求一、红外高光谱成像技术的需求和发展2017年，JPL实验室利用机载红外高光谱成像仪（Hytes）从遥感的角度，对甲烷泄露（7.6μm）开展了遥感探测，在空间分辨率、成像时间、可视化效果方面具有优势，被认为是未来开展危险气体泄露监测、大气环境治理最有效的方法之一。➢空间分辨率达到1mrad，对1Km外的气体排放能够形成几何、光谱、辐射多维信息获取；➢光谱分辨率达到10nm左右，对于甲烷、CO2、H2S等典型气体排放可以进行有效监测；JPL实验室认为高分辨率红外高光谱成像是新一代最有前途的甲烷泄漏探测技术，也是最有前途的大气环境治理手段之一。 一、红外高光谱成像技术的需求和发展目前国内外空间对地观测的高光谱载荷获取光谱波段和应用主要集中(0.4~2.5μm)，3~12.5μm的星载高光谱遥感设备几乎处于空白。欧美国家的典型空间高光谱载荷：✓200