技術名稱 高光通量光譜儀成像模組
計畫單位 國立中央大學
計畫主持人 郭政靈
技術簡介
我們開發地球遙測的關鍵科學酬載-高光譜儀HyperSCAN (Hyper Spectral Camera ANalyzer),相關的規格如下:體積20×20×10 cm3、重量小於3kg,適用的波段為可見光部分,透過模組化的設計,未來可將波段應用於紅外線波段。我們目前開發第一代的高光譜儀,採用1/1.8 inch 影像感測器(CCD),為太空驗證的影像感測器,用於太空環境的測試。目前驗證的可見光波段為500到700 nm,波長的解析度約為5 nm。未來我們將採用1 inch的CMOS感測器,可見光的波長範圍將擴展到450-880 nm。目前的高光譜儀為未來6U立方衛星的工程體,因此將體積縮小為202010 cm3且重量小於3kg,因此符合於放置於未來6U立方衛星的限制。
為了提伸高光譜儀將來可能的應用問題,我們在設計時主要考量三個方面: (1) 高光通量:我們採用的凹面光柵,其直徑達到70mm以及焦長為140 mm,光圈指數(F-number) 達到2,因此前置鏡頭可以採用大光圈以及提高入光量並且增加訊噪比。(2)模組化的設計:提供我們快速開發複雜的光學系統以及進行組裝以及校正方便,我們可以整合低價位的商用光學元件,進行系統驗證以及太空環境驗證,將為未來可能的機會,使用太空規格的光學元件取代並整合。(3) 體積縮小以及輕量化:光學系統主要包含下面四個元件:前置鏡頭、狹縫、凹面光柵以及影像感測器,加上額外的反射鏡用來縮減光路。在不影響機構的支撐強度下,我們特別加強在機構上重量的減重。(4) 低價的光學元件的替代品有助於將來太空環境的破壞性測試。
為增加未來實驗室的研究水準以及研發能量,我們開發一套高光通量光譜儀成像模組(HyperSCAN),提伸太空光學實驗室的基本的光學測試能力,例如波長校正以及各波長響應度的校正。另外在資料分析上,我們也發展RGB的成像演算法,利用最小平方差去模擬高光譜儀的資料,高光譜資料的縮減以及高光譜資料的分類等。最後,未來希望利用機載以及火箭或是國內外小型衛星的載具,實踐地球遙測高光譜儀的關鍵技術。
科學突破性
目前國內發展的衛星遙測以及高光譜儀,所需要的人力成本以及儀器成本都遠高於學校科研經費所能支持的任務,另外所需要的光學驗證以及太空環境驗證都是相當高的成本,由於近年來小型立方衛星的發展,我們開發一個低成本高光譜儀的模組,不僅適合未來多方面的科學任務也適合整合於工廠內的光學檢測系統。
產業應用性
HyperSCAN未來適用於下面的太空的科學應用:包含地面遙測的高光譜儀、高層大氣全球氣暉監測、流星隕石的光譜成分分析,另外很適合應用於影像式光譜儀的原型機。特別的是在低光度以及需要很短時間內取得光譜的應用,此外模組化的彈性設計,特別適合於客製化整合在製造工廠內自動光學檢測內。
關鍵字 高光譜儀 遙測技術 立方衛星
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