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光谱仪的高光谱图像数据有什么特点?

发布时间:2023-06-02
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光谱仪可以准确的获取样本信息的图谱数据,具有“图谱合一”特点。那么,光谱仪的高光谱图像数据有什么特点?本文为大家做了介绍。

光谱仪可以准确的获取样本信息的图谱数据,具有“图谱合一”特点。那么,光谱仪的高光谱图像数据有什么特点?本文为大家做了介绍。

三恩时高光谱成像仪

光谱仪的高光谱图像数据的特点:

高光谱图像是一个具有“图谱合一”特点的三维数据立方体,因此高光谱图像的处理和分析既可以在指定波长情况下在空间域进行图像处理和分析,又可以在指定像素坐标位置情况下在光谱域进行光谱处理和分析,也可以同时在空间域和光谱域进行处理和分析。

下图显示了高光谱图像处理的一般流程。一般来讲,高光谱图像处理流程包括高光谱图像数据获取与校正层、高光谱图像处理与分析层和应用层三个层面。其中高光谱图像数据获取与校正层包括样品高光谱图像和参考图像的获取、高光谱图像校正;高光谱图像处理与分析层包括光谱处理与分析和图像处理与分析;应用层包括内部品质与安全性检测和外部缺陷识别与提取。

高光谱图像处理的一般流程

高光谱图像校正:

高光谱成像系统获取的是未经过校正的原始高光谱图像。由于相机暗电流的存在,以及不同的采集系统对检测光的敏感程度不同,故即便是在相同的外界条件下采集同一个样品,不同高光谱成像系统所获取的高光谱图像也不一定相同。因此为了使高光谱数据更具稳定性和可比性,常常需要利用参考图像把原始高光谱图像校正成为高光谱反射率图像。校正公式如下所示:

高光谱图像校正公式

其中:Rnorm为校正后的光谱图像,Rraw为原始光谱图像,Rdark为关上光源,拧上镜头盖后采集的全暗参考图像,Rwhite为扫描反射率为99%的标准白板得到的全白参考图像。


高光谱成像技术的特点:

高光谱成像系统把传统二维成像技术和光谱分析技术结合在了一起,可以同时获得目标物的二维空间分布信息和连续波段上的光谱辐射信息。高光谱成像技术的出现成功解决了传统技术领域中“成像无光谱”和“光谱不成像”的问题,高光谱成像技术的特点主要表现在:

1.光谱分辨率高

光谱分辨率是指将目标物光谱特征、谱带分解为离散成分的能力。通常情况下,成像范围内波段划分得越细越多,光谱分辨率就越高,自动区分和识别目标外部特征及组分的能力也就越强。高光谱成像光谱仪的光谱分辨率可以达到纳米级别,通常情况下均低于20nm,也有部分仪器可以达到2.5nm,国内的高光谱成像光谱仪的光谱分辨率一般可以控制在5nm以内。

2.光谱波段多且连续

不同于传统全色和多光谱仪器在可见光、反射红外区域内光谱波段数的局限性,高光谱成像光谱仪可以获取到完整的可见光到热红外波段的多而窄的连续光谱波段,波段数量可以达到成百上千,且这些光谱波段会在成像范围内连续成像,保证可以从高光谱图像中获取到目标物的完整、连续、精细的光谱曲线。

3.“图谱合一”

高光谱图像是一个三维的数据立方体,它即包含了与目标相关的、丰富的空间分布影像信息,同时又可以从目标物图像的某一像元提取获得相应的辐射强度和光谱分布信息,在繁复的科研工作中实现了“图谱合一”,在图像、数据、光谱分析处理中极具优势。

4.数据量大

高光谱图像具有独特三维数据结构,它在二维的空间信息分布的基础上,各个像元又能分别提取出相应的辐射强度和光谱分布信息,这使得其在数据信息的存储量上要远远多于常规的二维图像。巨大的信息存储,一方面可以反映出其表达更多的地物目标细节;另一方面,这也使得冗余数据量增加,加大了信息处理的复杂度。

高光谱成像技术源自于遥感领域对遥感图像处理和地物目标探测技术的进一步发展。高光谱成像光谱仪具有更高的光谱分辨率,能够提供更为丰富的地物细节,更有利于地物理化特性的反演,这使得高光谱成像技术在海洋遥感、大气和环境遥感、植被研究、精细农业、文物修复、食品安全、军事侦查、识别伪装、刑侦检测等各个方面显示出了巨大的应用潜力,受到了国内外专家学者的广泛关注。

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