用于在原地对目标材料进行查询的系统和方法技术方案

一种用于在原地对目标材料进行远程感测的系统包括：宽带激光源，耦合到激光源以用于生成扫描频率信号的至少一个可调谐滤波器，用于把所述扫描频率信号分离成第一照射信号和第二照射信号的光学设备，用于把第一照射信号引导到目标材料上并且接收来自目标材料的反射信号的第一光学路径，用于接收第二照射信号并且生成光谱参考信号的第二光学路径，以及耦合到第一光学路径和第二光学路径的控制器，其用于至少部分地基于光谱参考信号与反射信号的比较来调节激光源的频率和空间分辨率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种用于在原地对目标材料进行远程感测的系统包括：宽带激光源，耦合到激光源以用于生成扫描频率信号的至少一个可调谐滤波器，用于把所述扫描频率信号分离成第一照射信号和第二照射信号的光学设备，用于把第一照射信号引导到目标材料上并且接收来自目标材料的反射信号的第一光学路径，用于接收第二照射信号并且生成光谱参考信号的第二光学路径，以及耦合到第一光学路径和第二光学路径的控制器，其用于至少部分地基于光谱参考信号与反射信号的比较来调节激光源的频率和空间分辨率。【专利说明】
本专利技术总体上涉及一种用于在原地对目标材料进行远程感测的系统和方法，更具体来说涉及一种用于同时提供对应于目标材料的测距和超光谱数据的系统和方法。
技术介绍
对于目标材料的几何形状和位置的远程感测已经被证明在许多领域内是有价值的，其中包括对于地质组成的研究。传统的技术包括光检测和测距(“激光雷达”)，其通常被认为是使用单一激光频率来主动地照射目标并且确定范围的“主动式”远程感测技术。虽然单一频率激光强度数值可以给出关于目标材料的构成的一些信息，但是利用单一频率激光雷达仪器无法实现对于目标材料的化学构成(比如特定矿物学)的识别。对于目标材料的更加完整的光谱分析需要同时收集多个离散频率。把分别获得的激光雷达信息与超光谱数据相匹配可能需要高成本的后处理来实施分辨率匹配和照射匹配。 此外，传统的光谱分析技术利用自然发生的电磁辐射(例如阳光)的多个波长上的光谱样本来识别目标化学构成。这样的技术通常被称作“被动式”远程感测，这是在于被动地收集光而不是主动地将其导向目标材料。对于被动地收集的数据的光谱图像分析还需要可观的后处理来提取有意义的结果。商业上可用的仪器无法在采集过程中被动态地修改以便在采集过程中基于来自仪器的实时反馈收集目标材料的最大分辨率。 此外，利用自然电磁辐射的传统光谱成像技术的特征在于反射红外光谱区段内的不完整光谱覆盖，这是由于穿过大气层的长传播距离(例如几千公里)所导致的一些频率(例如1400-1600nm和1800_2000nm)的吸收而造成的。已经知道在探查目标材料的光谱构成时，使用宽谱带(例如数十纳米宽)会产生模糊的光谱样本。通常来说需要许多窄带(例如近似Inm宽)来离散地确定目标的化学属性。 因此，需要同时在几百个离散波长(?Inm宽)上远程感测目标形状和目标构成，并且同时最小化用以实施分辨率匹配和照射匹配的高成本后处理。
技术实现思路
这里所描述的设备或装置将主动式超光谱成像与同时激光雷达测量相组合，并且集成了材料数据库，从而允许在采集过程中基于来自目标材料的实时光谱反馈对例如激光雷达的光频率和空间分辨率之类的参数进行快速适配。所述设备或装置可以预先过滤所不希望的目标区域并且最大化高度感兴趣的区域的光谱和空间采样，从而减少后处理时间并且最大化最合期望的区域内的分辨率。 本专利技术的实施例通常包括用于在原地对目标材料进行远程感测的系统和方法。所述目标材料例如可以被嵌入在位于与具体实现所要求保护的本专利技术的系统相距可观距离处的露层(outcrop)中。 在一个实施例中，一种用于在原地对目标材料进行远程感测的系统包括:宽带激光源；耦合到激光源以用于生成扫描频率信号的至少一个可调谐滤波器；以及用于把所述扫描频率信号分离成第一照射信号和第二照射信号的光学设备。所述系统还包括:用于把第一照射信号引导到目标材料上并且接收来自目标材料的反射信号的第一光学路径；用于接收第二照射信号并且生成光谱参考信号的第二光学路径；以及耦合到第一光学路径和第二光学路径的控制系统。所述控制系统实施光谱参考信号与反射信号的比较，并且至少部分地基于所述比较调节激光源的频率和空间分辨率。 所述系统还可以包括用于确定目标材料的化学构成的材料身份数据库。在另一个实施例中，一种用于在原地对目标材料进行远程感测的方法包括:利用宽带扫描频率信号对目标材料进行照射；利用所述宽带扫描频率信号的一部分照射代表目标材料的参考材料从而生成参考光谱图；接收来自目标材料的第一反射信号；将参考光谱图与第一反射信号进行比较从而识别出与目标材料有关的感兴趣频带；至少部分地基于参考光谱图与第一反射信号的比较调节所述宽带扫描频率信号；以及利用经过调节后的宽带扫描频率信号对目标材料进行照射，从而产生在所述感兴趣频带内具有高于第一反射信号的空间和光谱分辨率的第二反射信号。 所述方法还可以包括以下步骤:接收来自目标材料的第二反射信号；以及经由材料数据库对第二反射信号进行比较，从而确定所述感兴趣频带内的目标材料的化学构成。 在单一点处收集组合成单一相干图像的数百到数千个离散光频率上的光谱数据的能力给出了优于例如梳形激光雷达和光谱图像之类的传统成像技术(传统的摄影、光谱扫描仪和/或成像器)的优点，这是在于来自光学透镜的空间失真以及由于图像到空间模型的误配准而遇到的误差被最小化。 此外，电磁辐射从来源到地基/地面扫描激光雷达中的检测器的相对较短的行进距离(十厘米到数千米)允许用户研究由于依赖于行经地球大气层的日光的传统的被动式超光谱成像技术而被衰减的频率关系。 本专利技术还使用激光输出的电光调谐、反射镜偏转以及压电纳米偏转技术在通过属性映射实时定义的超高分辨率下扫描目标子区段。 【专利附图】【附图说明】 后面将参照如附图中所示的具体实施例来描述本专利技术。附图仅仅描绘出本专利技术的典型实施例，因此不应被视为限制其范围。 图1是根据本专利技术的用于主动式远程感测的系统的方框图。 图2是根据本专利技术的一个方面的对应于若干目标材料的示例性参考光谱图。 图3是用于图1的主动式远程感测的示例性系统控制器的方框图。 【具体实施方式】 现在将参照附图来描述用于在原地对目标材料进行查询的本专利技术的实施例。本专利技术可以被实践为硬件和软件当中的任一项或其组合，其中包括但不限于一种系统(包括计算机处理器)、方法(包括计算机实施的方法)、装置、设置、计算机可读介质、计算机程序产品、图形用户接口、web门户或者有形地固定在计算机可读存储器中的数据结构。与计算机处理器一同使用的制造品(比如其中驻留有程序代码的⑶、预先记录盘或计算机程序存储介质)也落在本专利技术的精神和范围内。 本专利技术的应用包括但不限于在不需要目标材料的物理接触或破裂的情况下从远程位置采集目标材料的物理形状和化学构成。本专利技术的实施例可以被应用在许多不同领域中，其中包括碳氢化合物勘探和生产、采矿、土木工程、一般地质研究以及需要在可变观测尺度下对化学和几何属性进行非破坏性3-D映射的任何其他领域。碳氢化合物勘探和生产应用包括但不限于露层分析、井下应用和海底应用。实施例可以包括同时集成来自利用相同激光源进行光谱和空间测量的单一宽带光源的主动式光谱和空间信息扫描的便携式仪器、手持式设备或可机动井下设备。附图仅仅示出了本专利技术的典型实施例，因此不应被视为限制其范围和宽度。 图1示出了可以被实施为现场便携式系统或装置的集成式系统10的一个实施例，其能够在与目标材料70相距一定隔开距离(例如5到2000m或更多)处远程地同时确定所述材料的化学构成、晶体/颗粒尺寸和物理形状。系统10包括带有光源20和可调谐滤波器30的扫描波长光学源，以用于在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在原地对目标材料进行远程感测的系统，其包括：宽带激光源；耦合到激光源以用于生成扫描频率信号的至少一个可调谐滤波器；用于把所述扫描频率信号分离成第一照射信号和第二照射信号的光学设备；用于把第一照射信号引导到目标材料上并且接收来自目标材料的反射信号的第一光学路径；用于接收第二照射信号并且生成光谱参考信号的第二光学路径；以及耦合到第一光学路径和第二光学路径的控制系统，其用于至少部分地基于光谱参考信号与反射信号的比较来调节激光源的频率和空间分辨率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·贝利安，C·M·托尔森，
申请(专利权)人：雪佛龙美国公司，
类型：发明
国别省市：美国;US