3D打印高光谱成像仪为无人机提供先进成像能力挪威一个研究小组成功使用3D打印技术制

挪威一个研究小组成功使用3D打印技术制造出高光谱成像仪，该成像仪具有轻便和低成本的特点，适合安装在无人机上，以提供先进成像能力。低成本的3D打印高光谱成像仪，适用于无人机的陆地和海洋测绘。研究人员提供了构建成像仪的组件，有效地降低并推广了成像仪的分析技术。

高光谱成像仪与传统彩色相机产生图像相似，但可以检测数百种颜色，而不是普通相机检测到的三种颜色（RGB）。高光谱图像的每个像素都包含覆盖整个可见光谱的信息，这些信息可提供大量有用数据用于如自动检测、物体分类或分析海洋的颜色梯度以检测有害藻类。传统的高光谱成像仪成本约数万美元，并且体积庞大而沉重。

光谱学一直以来存在着构造色散或折射元件的难题，如光栅或棱镜，这类元件使输入光束弯曲。通常制造这类元件支架需要具有多轴自由度的机器，例如，制造一个透射光栅支架至少需要一台4轴铣床。与传统的制造方法相比，3D打印机使用增材制造（AM），可以轻松构建具有多角度或表面更复杂的部件。此外，用金属加工元件非常耗时且昂贵，而使用塑料进行3D打印价格低廉，非常适合制作复杂的零件。因此，该研究团队使用了一台桌面3D打印机，为该光学设备定制如用于固定分散光线的光栅所需的支架。打印过程通过层叠蜂窝状表层，提供了高强度和低重量结构特点，后者对于针对无人机操作的低重量有效载荷具有明显优势。

研究人员详细介绍了可见波长的高光谱成像仪的制作流程，其重量不到226g，成本仅为700美元。他们还证明，这些成像仪可以有效地用于无人机以获取光谱图像。这意味着高光谱成像仪可用于绘制大面积地形，例如，无需租用飞机来携带昂贵而大型的仪器。该高光谱成像仪采用了“推扫技术

”

（push-broom technique），使用精确的线扫描来建立光谱图像。研究人员在装置中增加了一个稳定系统，防止无人机运动干扰图像生成。推扫式高光谱成像仪通常需要昂贵的定向稳定性，而基于陀螺仪的电子稳定系统在确保稳定性的同时大大降低了成本。

研究人员通过使用3D打印制作了多个原型，用于制造塑料支架，以精确定位小型、轻型商用相机和光学元件。对配备了双轴电子稳定系统的Octocopter无人机载仪器进行测试，结果表明，高光谱成像仪性能良好，能够检测如植被和水体等景观特征。研究人员还对高光谱成像仪和三轴电子稳定系统进行了手持式测试，其中一个实验，用成像仪扫过显示水果的计算机屏幕，结果在22秒内获取571个光谱图。

这些可行性测试表明，3D打印足够精确，可以用作光学系统的原型部件。对无人机尤为重要的是，打印的塑料部件重量轻、强度高，足以保持整个系统的轻巧灵便。经过测试，3D打印的金属部件可以按需订购，以制造更耐用的成像仪。

虽然新的成像仪不能提供传统高光谱成像仪的灵敏度，但它们的性能足以在日光下测绘地形或检测海洋颜色。研究人员目前正致力于制作稍大一些的仪器来提高灵敏度，这些仪器仍然轻便，可用于无人机，提高成像仪的灵敏度将大大提高数据的质量。（北方科技信息研究所白子龙）

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