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​高光谱成像技术有什么优势?高光谱成像技术九大优势

发布时间:2023-05-12
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​高光谱成像技术是新兴的、快速、无损的检测技术,它将传统的光谱分析与机器视觉有机地结合在一起,可以同时获得图像上每个像素点的连续光谱信息和每个光谱波段的连续图像信息,对样本的多方面物理、化学信息进行空间维的可视化表达。本文对高光谱成像技术的优势做了简要的介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

高光谱成像技术是新兴的、快速、无损的检测技术,它将传统的光谱分析与机器视觉有机地结合在一起,可以同时获得图像上每个像素点的连续光谱信息和每个光谱波段的连续图像信息,对样本的多方面物理、化学信息进行空间维的可视化表达。本文对高光谱成像技术的优势做了简要的介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

高光谱成像仪

什么是高光谱成像技术?

高光谱成像技术是新兴的、快速、无损的检测技术,将传统的光谱分析与机器视觉有机地结合在一起,可以同时获得图像上每个像素点的连续光谱信息和每个光谱波段的连续图像信息,其光谱信息能反映样本的化学成分和组织结构,图像信息能反映样本的空间分布、外部属性和几何结构。因此高光谱图像能对样本的多方面物理、化学信息进行空间维的可视化表达。

与多光谱成像相比,高光谱成像仪器可以在很窄的光谱波段内连续采集图像,有很高的光谱分辨率,通常精度可达到2-3nm,能得到上百条波段的连续图像,以充分反映样本光谱信息的细微变化。高光谱图像是一系列光波波长的光学图像组成的图像块,应用较多的光谱波段是可见光(400-780nm)和近红外光(780-2500nm)波段。

高光谱成像技术结合了光谱技术和图像处理技术的双重优势,既有光谱技术的优点:快速、高效、测量简单方便、非破坏性分析、多组分同时测定、样品不需预处理或预处理简单、可实现实时分析,又融合了图像技术的优点:可视化、直观形象、再现性好、处理精度高、适用面宽、灵活性高。光谱技术和图像处理技术的融合与交叉,使得光谱信息和图像信息取得双赢效果,都发挥出远大于自身的功用。例如,可以先通过光谱分析方法选择具有代表性的特征波长,再提取特征波长图像的纹理等图像信息进行更深入的分析;可以应用光谱分析方法定量测定样本图像每个像素点的化学成分含量和品质参数,再在图像上进行空间维的显示。

高光谱成像仪

高光谱成像技术的优势:

1.波段多,波段宽度窄。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。与传统的遥感相比,高光谱分辨率的成像光谱仪为每一个成像象元提供很窄的(一般<10nm)成像波段,波段数与多光谱遥感相比大大增多,在可见光和近红外波段可达几十到几百个,且在某个光谱区间是连续分布的,这不只是简单的数量增加,而是有关地物光谱空间信息量的增加。

2.光谱响应范围广,光谱分辨率高。成像光谱仪响应的电磁波长从可见光延伸到近红外,甚至到中红外。成像光谱仪采样的间隔小,光谱分辨率达到纳米级,一般为10nm左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征。

3.可提供空间域信息和光谱域信息,即“谱像合一”,并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。在成像高光谱遥感中,以波长为横轴,反射值为纵轴建立坐标系,可以使高光谱图像中的每一个像元在各通道的反射值都能产生1条完整、连续的光谱曲线,即所谓的“谱像合一”。

4.数据量大,信息冗余多。高光谱数据的波段众多,其数据量巨大,而且由于相邻波段的相关性高,信息冗余度增加。

5.数据描述模型多,分析更加灵活。高光谱影像通常有三种描述模型:图像模型、光谱模型与特征模型。

6.检测速度快、对样品无损害、不需要化学试剂;建立被测理化指标与光谱数据的相对应的模型,样品不需要被损害,也不需要任何试剂,就可以快速检测出样本某个指标的含量。

7.为定性和定量提供新的观念,传统的定性、定量以化学方法为主,过程复杂,人力物力耗费大,高光谱成像技术表现出与传统方法的完全不同,能够快速、无损的检测样品,为食品行业提供了新的观念。

8.对于数据处理运用不同的方法得出的结果也不同;光谱信息的处理主要包括:预处理一校正集预测集的划分—特征波长的选取一模型的建立,其中预处理方法、特征波长的提取方法、建立模型的方法种类繁多,每一个过程选用的方法不同得到的结果也就不同,必须要不断的尝试各种方法,找到最佳的预处理、具有代表性的特征波长和最佳的建模方法,才能建立最好的模型。

9.对样本数据要求比较高,如果高光谱图像数据之间的相关性太高以及样本数量少且不具有代表性的情况下,对后续的数据预处理和特征波长提取都会有比较不利的影响。样本的信息量大才能保证模型的可靠性和稳健性。

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