Feature-specific on-board technology for airborne spectral imaging
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2006
Major/Subject
Space engineering
Avaruustekniikka
Avaruustekniikka
Mcode
S-92
Degree programme
Elektroniikan ja sähkötekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
xviii, 92
Series
Abstract
Tässä työssä tutkitaan optisen datan käsittelykonseptin toimivuus lentokoneesta tapahtuvaan spektraaliseen kuvantamiseen. Laboratoriolaitteen suorituskyky määritettiin simulointien ja mittauksien avulla. Nykyisissä kuvaavissa spektrometreissä suurimmat ongelmat ovat kertyvä suuri datan määrä sekä sen pitkä käsittelyaika. Tässä laitteessa nämä molemmat ongelmat on poistettu mahdollistaen reaaliaikaisen tunnistamisen ja analysoinnin. Laite käy sovelluksiin, joissa tiedetään datan käsittelyalgoritmi jo etukäteen. Erilaisten konseptivaihtoehtojen suorituskykyä vertailtiin tässä työssä kehitetyllä matemaattisella mallilla. Yksittäiset komponentit mitattiin ja tuloksia käytettiin mallissa, jolla simuloitiin laboratoriolaitteen suorituskykyä. Määritettävät ominaisuudet olivat kokonaisvalotehon läpäisy sekä paikka- ja spektrierottelukyky. Simuloinnit suoritettiin aallonpituuksien 450 nm ja 900 nm välillä. Kokonaisvalotehon läpäisy oli 1-4.5%. Laboratoriolaitteen suorityskyky määritettiin käyttämällä neonlamppua sekä kapeaa rakoa kahden ja puolen metrin etäisyydellä. Mittaukset suoritettiin aallonpituuksien 600 nm ja 680 nm välillä. Mittaustulokset ja simuloinnit vastasivat toisiaan erittäin hyvin. Spektrierottelukyvyksi saatiin 3 nm. Modulaatio oli 20%, kun viivataajuus kuvasensorilla oli 24 lp/mm. Tuloksien perusteella voidaan sanoa, että konsepti sopii hyvin spektraaliseen kuvantamiseen lentokoneesta. Etuja ovat hyvä spektrierottelukyky sekä kohtuullinen kokonaisvalotehon läpäisy ja paikkaerottelukyky.This thesis describes the feasibility of a novel concept utilising on-board optical data processing for airborne spectral imaging. The main goal was to characterise the laboratory version of the instrument with the aid of simulations and measurements. Compared with traditional imaging spectrometers, this instrument radically reduces data processing time and data input, thus enabling real-time recognition and analysis. The instrument can be used in applications where the algorithm is known beforehand. A mathematical model was developed for the instrument and its performance was evaluated in order to compare different concept variations. All components were measured and characterised individually, and the results were used in the simulations. Performance was then analysed by means of radiometric throughput and spatial and spectral resolutions. The simulations were performed at wavelengths of 450 nm to 900 nm. The throughput was found to be between 1% and 4.5%. The set-up was characterised using a neon lamp and slit at a distance of two and a half metres. The measurements were performed on-axis at wavelengths between 600 nm and 680 nm. There was good correlation between the simulations and measurements. The spectral resolution was found to be 3 nm. For a modulation of 20%, the spatial frequency on the image sensor was 24 lp/mm. The results show that the concept is suitable for feature-specific airborne spectral imaging thanks to its good spectral resolution and reasonable radiometric throughput and spatial resolution.Description
Supervisor
Hallikainen, Martti; Prof.Thesis advisor
Saari, Heikki; TkTKeywords
optical data processing, spectral imaging, hyperspectral, spatial light modulation, LCD, optinen datan käsittely, spektraalinen kuvantaminen, valon modulointi, LCD