精准农业观测高数值孔径短波红外成像光谱仪光学系统

于磊; 陈素娟; 陈结祥; 薛辉

doi:10.3788/IRLA201847.1218007

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精准农业观测高数值孔径短波红外成像光谱仪光学系统

于磊, 陈素娟, 陈结祥, 薛辉

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于磊, 陈素娟, 陈结祥, 薛辉. 精准农业观测高数值孔径短波红外成像光谱仪光学系统[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1218007-1218007(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1218007

引用本文:

Yu Lei, Chen Sujuan, Chen Jiexiang, Xue Hui. Optical system of imaging spectrometer in short-wave infrared with high NA for precision agriculture observation[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(12): 1218007-1218007(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1218007

Citation:

Yu Lei, Chen Sujuan, Chen Jiexiang, Xue Hui. Optical system of imaging spectrometer in short-wave infrared with high NA for precision agriculture observation[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(12): 1218007-1218007(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1218007

精准农业观测高数值孔径短波红外成像光谱仪光学系统

doi: 10.3788/IRLA201847.1218007

1.
中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥 230031

基金项目:

国家自然科学基金（41504143）;中国科学院科研装备研制项目（YJKYYQ20170048）;中国科学院青年创新促进会资助（2016203）

详细信息

作者简介:
于磊(1984-),男,副研究员,博士,主要从事成像光谱遥感仪器设计方面的研究。Email:top1gods@mail.ustc.edu.cn

中图分类号: O433.1;TH744.1

Optical system of imaging spectrometer in short-wave infrared with high NA for precision agriculture observation

1.
Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031,China

摘要: 研究了一种在1.0~2.5 m短波红外波段上可用于机载精准农业观测的成像光谱仪光学系统。研究分析了用于精准农业探测所需的成像光谱仪科学性能参数，着重改进了Dyson成像光谱仪系统并获得了完善的消像散条件，使得其各组成部分在沿光轴方向和垂直光轴方向均具备足够的空间，确保了狭缝、探测器和光学镜片的光机结构放置。设计成像光谱仪具备良好光学性能，光学系统F数为1.5，视场28，狭缝长度25 mm，光谱分辨率12.7 nm，空间分辨率1 mrad，系统像差得到充分校正，公差比较宽松。该系统的研究将为精准农业遥感应用提供一种思路。
- 精准农业 /
- 成像光谱仪 /
- 戴森系统 /
- 短波红外
Abstract: An imaging spectrometer in the short infrared waveband of 1.0-2.5 m was obtained for the precision agriculture observation by air. The scientific performances parameters of the imaging spectrometer were analyzed for the requests of the precision agriculture. The perfect astigmatism corrected conditions were obtained based on the advanced Dyson imaging spectrometer. The enough axial and lateral spaces among each parts of the system guaranteed the arrangement of mechanisms of the slit, the detector and the optical elements. An imaging spectrometer with high optical performances as F number 1.5, the field of view 28, the slit length 25 mm, the spectral resolution 12.7 nm and the spatial resolution 1 mrad was designed. The aberrations were totally corrected and the tolerances of the system were loose. The research will be helpful for application of precision agriculture remote sensing.
- precision agriculture /
- imaging spectrometer /
- Dyson system /
- short-wave infrared

[1]	Saito Y, Kobayashi K. Proposal of optical farming:development of several optical sensing instruments for agriculture use[C]//SPIE, 2013, 8881:888109.
[2]	Whiting M L, Ustin S L, Zarco-Tejada, et al. Hyperspectral mapping of crop and soils for precision agriculture[C]//SPIE, 2006, 6298:62980B.
[3]	Wang C L, Tang B H, Huo X, et al. New method to estimate surface upwelling long-wave radiation from MODIS cloud-free data[J]. Opt Express, 2017, 25(12):A574-A588.
[4]	Blanco X P, Orille C M, Couce B, et al. Analytical design of an Offner imaging spectrometer[J]. Opt Express, 2006, 14(20):9156-9168.
[5]	Luo Gangyin, Wang Bidou, Chen Yuqi, et al. Design of athermal mid-infrared imaging spectrometer based on Offner scheme[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(11):1101004. (in Chinese)罗刚银, 王弼陡, 陈玉琦, 等. Offner型消热差中波红外成像光谱仪设计[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(11):1101004.
[6]	Sun Jiayin, Li Chun, Liu Ying, et al. Comparison of long-wave infrared imaging spectrometers with concentric under different grating constants[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(7):0720002. (in Chinese)孙佳音, 李淳, 刘英, 等. 不同光栅常数下同心长波红外成像光谱仪对比[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(7):0720002.
[7]	Wynne C G. Monocentric telescopes for microlithography[J]. Opt Eng, 1987, 26:300-303.
[8]	Mouroulis P, Green R O, Wilson D W. Optical design of a coastal ocean imaging spectrometer[J]. Opt Express, 2008, 16(12):9087-9096.
[9]	Warren D W, Gutierrez D J, Keim E R. Dyson spectrometer for high-performance infrared applications[J]. Opt Eng, 2008:47(10):103601.
[10]	Robert P C. Precision agriculture:New developments and needs in remote sensing and technologies[C]//SPIE, 2003, 5153:85-94.
[11]	Myers V I, Allen W A. Electrooptical remote sensing methods as nondestructive testing and measuring techniques in agriculture[J]. Appl Opt, 1968, 7(9):1819-1838.
[12]	Lobb D R. Theory of concentric designs for grating spectrometers[J]. Appl Opt, 1994, 33(13):2648-2658.
[13]	Yu L, Wang S R, Lin G Y, et al. Spectral broadband anastigmatic Wadsworth imaging spectrometer[J]. Opt Express, 2015, 23(1):101-109.

[1]	史衍丽, 李云雪, 白容, 刘辰, 叶海峰, 黄润宇, 侯泽鹏, 马旭, 赵伟林, 张家鑫, 王伟, 付全. 短波红外单光子探测器的发展（特邀） . 红外与激光工程, 2023, 52(3): 20220908-1-20220908-16. doi: 10.3788/IRLA20220908
[2]	张前程, 钟胜, 吕劲松, 李显成. 大视场全天时星敏感器光学系统设计 . 红外与激光工程, 2023, 52(3): 20220583-1-20220583-9. doi: 10.3788/IRLA20220583
[3]	刘永征, 杜剑, 安秦宇宁, 杨凡超, 张昕, 李洪波. 星载遥感短波红外高速高光谱成像仪坏像元识别 . 红外与激光工程, 2023, 52(2): 20220308-1-20220308-10. doi: 10.3788/IRLA20220308
[4]	马旭, 李云雪, 黄润宇, 叶海峰, 侯泽鹏, 史衍丽. 短波红外探测器的发展与应用（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(1): 20210897-1-20210897-12. doi: 10.3788/IRLA20210897
[5]	张刘, 李博楠, 卢勇男, 邹阳阳, 王泰雷. 基于Offner凸面光栅星载CO₂成像光谱仪光学系统设计 . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20220431-1-20220431-9. doi: 10.3788/IRLA20220431
[6]	武志昆, 石恩涛, 王咏梅. 消谱线弯曲PGP型成像光谱仪系统设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(6): 20200433-1-20200433-6. doi: 10.3788/IRLA20200433
[7]	李雪, 邵秀梅, 李淘, 程吉凤, 黄张成, 黄松垒, 杨波, 顾溢, 马英杰, 龚海梅, 方家熊. 短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0103006-0103006(8). doi: 10.3788/IRLA202049.0103006
[8]	杨雨霆, 陈立恒, 徐赫彤, 李世俊, 吴愉华. 高空气球平台地-月成像光谱仪载荷系统热设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1114004-1114004(10). doi: 10.3788/IRLA201948.1114004
[9]	申远, 于磊, 陈素娟, 沈威, 陈结祥, 薛辉. 高分辨率近红外成像光谱仪光学系统 . 红外与激光工程, 2019, 48(8): 814005-0814005(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0814005
[10]	袁立银, 谢佳楠, 侯佳, 吕刚, 何志平. 紧凑型红外成像光谱仪光学设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 418001-0418001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0418001
[11]	殷世民, 高丽伟, 梁永波, 朱健铭, 梁晋涛, 陈真诚. 基于FPGA的干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 720001-0720001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0720001
[12]	张月, 张琢, 苏云, 郑国宪. 宽谱段高分辨率低温成像光谱仪制冷系统设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(3): 323001-0323001(8). doi: 10.3788/IRLA201645.0323001
[13]	李斌, 陈立平. 太赫兹技术用于精准农业污染检测探索研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(4): 425003-0425003(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0425003
[14]	孙佳音, 李淳, 刘英, 李灿, 王建, 刘建卓, 孙强. 不同光栅常数下同心长波红外成像光谱仪对比 . 红外与激光工程, 2016, 45(7): 720002-0720002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0720002
[15]	张月, 苏云, 王彬, 郑国宪, 张鹏斌. 用于月球矿物探测的LCTF成像光谱仪热控系统设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3963-3968.
[16]	刘子寒, 季轶群, 石荣宝, 陈宇恒, 沈为民. 机载红外推扫成像光谱仪光学设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2941-2946.
[17]	马洪涛, 张晓辉, 韩冰. 宽光谱、大视场小畸变望远系统设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1754-1757.
[18]	闫兴涛, 杨建峰, 薛彬, 马小龙, 赵意意, 卜凡. Offner型成像光谱仪前置光学系统设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(10): 2712-2717.
[19]	张庭成, 廖志波. 离轴三反成像光谱仪光学系统设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1863-1865.
[20]	王美钦, 王忠厚, 白加光. 成像光谱仪的离轴反射式光学系统设计 . 红外与激光工程, 2012, 41(1): 167-172.

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精准农业观测高数值孔径短波红外成像光谱仪光学系统

doi: 10.3788/IRLA201847.1218007

1. 中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥 230031

作者简介:
于磊(1984-),男,副研究员,博士,主要从事成像光谱遥感仪器设计方面的研究。Email:top1gods@mail.ustc.edu.cn

收稿日期: 2018-07-10
修回日期: 2018-08-20
刊出日期: 2018-12-25

基金项目:

国家自然科学基金（41504143）;中国科学院科研装备研制项目（YJKYYQ20170048）;中国科学院青年创新促进会资助（2016203）

中图分类号: O433.1;TH744.1

关键词:

摘要: 研究了一种在1.0~2.5 m短波红外波段上可用于机载精准农业观测的成像光谱仪光学系统。研究分析了用于精准农业探测所需的成像光谱仪科学性能参数，着重改进了Dyson成像光谱仪系统并获得了完善的消像散条件，使得其各组成部分在沿光轴方向和垂直光轴方向均具备足够的空间，确保了狭缝、探测器和光学镜片的光机结构放置。设计成像光谱仪具备良好光学性能，光学系统F数为1.5，视场28，狭缝长度25 mm，光谱分辨率12.7 nm，空间分辨率1 mrad，系统像差得到充分校正，公差比较宽松。该系统的研究将为精准农业遥感应用提供一种思路。