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高光谱成像技术的原理和系统你知道吗?

发布时间:2023-04-07
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​高光谱成像技术是光谱成像技术的一种,它将传统二维成像技术和光谱技术有机结合在一起,既可以获取目标物的二维空间信息,又可以获得一维光谱信息。该技术具有空间可识别性、超多波段、高的光谱分辨率、光谱范围广和图谱合一等众多优点。本文对高光谱成像技术的原理及成像系统做了简要介绍。

高光谱成像技术是光谱成像技术的一种,它将传统二维成像技术和光谱技术有机结合在一起,既可以获取目标物的二维空间信息,又可以获得一维光谱信息。该技术具有空间可识别性、超多波段、高的光谱分辨率、光谱范围广和图谱合一等众多优点。本文对高光谱成像技术的原理及成像系统做了简要介绍。

高光谱成像仪

高光谱成像技术的原理:

光谱根据分辨率的高低可以将其分成多光谱、高光谱、超光谱三种类型,这三种类型对应的光谱分辨率分别为10-1λ以内、10-2λ以内、10-3λ以内,而高光谱图像就是由一系列连续的光波波长组成的光学图像。因此高光谱成像就是指在特定的波长范围内获得由一系列连续的窄波段图像组成的包含三维图像数据块的过程。一个典型的高光谱数据块示意图如下图所示,进行高光谱成像时,成像仪通过接收被测物体表面反射和透射光以及在X轴上进行分光,在Y轴上进行成像,从而获得包含一维光谱和二维图像的高光谱三维数据块。通常高光谱的光谱范围主要包括可见光谱区域(400~760nm)和近红外光谱区域(760~2560nm),目前其光谱分辨率可以达到2~3nm。在利用高光谱成像技术在获得样品图像的同时,还能够为图像上每个像素点提供上千个波长点的光谱信息,因此包含了样品内部丰富的成分含量信息,可以达到实现样品的成分、含量、空间分布的无损测量的目的。

典型高光谱数据块示意图


高光谱成像技术的成像系统:

一个典型的高光谱成像系统主要包含硬件和软件这两部分。硬件系统包括:电荷耦合器件探测器、成像光谱仪、镜头、光源及其控制器、可调载物台、移动步进机等,而软件系统包含运动控制系统和图像采集系统两部分。通过将软硬件进行结合可以对样品信息进行快速采集,采集过程如下:首选是将样品平稳放置已调整好高光谱系统载物平台上,而后应用运动控制系统启动移动步进机,以点扫描、线扫描或者面扫描进行图像的获取,在图像采集的过程中,被测物体表面的光反射和透射信息被高光谱成像仪接收,从而获得在平面X轴、Y轴和光波长入上的三维信息,因此既包含了图像信息,也包含了光谱信息,而后将采集的图谱信息储存在计算机中,从而进行后续的数据处理和分析。

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