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高光谱成像光谱仪的成像过程是怎样的?

发布时间:2023-05-19
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高光谱成像光谱仪的成像过程是怎样的?

高光谱成像光谱仪的成像过程是怎样的?

高光谱成像光谱仪成像原理示意图

20世纪80年代前,成像方式的遥感波段太少,难以构成对地物光谱特性的概念,而非成像方式的光谱测量,又难以将光谱信息准确地分配到具体的地物上。因而,一种能将光谱和影像融合并集成于一体的技术——光谱成像技术,又被称为高光谱成像技术逐渐发展应用起来。它是以地物影像与光谱的合一为特征的新型的成像技术,可以在 1/10-1/1000的波长范围对地物成像,其光谱分辨率可高达纳米级,这是概念也是技术上的创新,是20世纪80年代以来地球观测技术所取得的重大技术突破之一。

常用高光谱成像系统主要由光谱相机、机动精密平移台、卤素光源和数据存储计算机组成。采用可见一近红外波段范围内工作的摄像机,该摄像机为1392×1040像素互补金属氧化物半导体器件,采用CCD探测元件,狭缝尺寸为30um(W)×8.98mm(L),相对分辨率为2.4,最大的帧速率为62帧/秒。地物反射信号与大气作用后进入高光谱成像光谱仪,通过前置光学系统,被光谱分光系统分解成不同波长的近乎连续的谱信号,由对应的光电探测器接收并转换成电信号,实现光电转换,然后通过模数转换,成像光谱仪最终获取到检测样本的原始DN信号值,高光谱成像光谱仪的成像过程如下图所示。

高光谱成像光谱仪的成像过程

高光谱成像光谱仪成像时,成像设备每次对目标上的一条线进行成像,随后使用分光仪器对该线阵上的每一个像素点进行分光,获取每一个像元对应的光谱成分,成像原理如下面示意图所示。因此,每一幅光谱相机获得的图像都含有一个维度(空间轴)上的线阵像素和在另一个维度(光谱轴)上的光谱分布情况,即光在各个光谱波段中的强弱程度。高光谱成像光谱仪通过线扫描的方式对整个目标进行成像,最终可以获得一个同时拥有目标光谱信息分布情况和目标空间信息分布情况的三维高光谱数据立方体。


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