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高光谱图像是怎么获得的?高光谱图像怎么分析?

发布时间:2023-07-07
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高光谱成像仪​作为精密的光学仪器,可以获取待测物在一系列光波波长处的光学图像。这些光学图像综合了待测物的空间、光谱和辐射信息,不仅可以表征待测物空间分布的图像特征,还能以其中单个或多个像素为目标获取光谱特性。本文对高光谱图像的获取及分析方法做了介绍,对此感兴趣的朋友可以了解一下!

高光谱成像仪作为精密的光学仪器,可以获取待测物在一系列光波波长处的光学图像。这些光学图像综合了待测物的空间、光谱和辐射信息,不仅可以表征待测物空间分布的图像特征,还能以其中单个或多个像素为目标获取光谱特性。本文对高光谱图像的获取及分析方法做了介绍,对此感兴趣的朋友可以了解一下!

高光谱成像仪

高光谱图像获取方式:

根据高光谱图像采集和形成方式的不同,高光谱图像的获取方式可以分为点扫描、线扫描和面扫描三种方式。三种扫描方式的示意图如图所示。

高光谱成像仪获取图谱的方式

1.点扫描方式

点扫描方式图(a)每次只能获取一个像素点的光谱,为获取高光谱图像频繁的移动光谱相机或检测对象,不利于快速检测,因此点扫描方式常用于微观对象的检测。

2.线扫描方式

线扫描方式(b)每次可以获取扫描线上所有点的光谱,因此该方式特别适合于传送带上方的物体的动态检测,因此该方式是水果和蔬菜品质检测时最为常用的图像获取方式。点扫描和线扫描方式是在空间域进行扫描的方式,不同于点扫描和线扫描方式,面扫描是在光谱域进行扫描的方式。

3.面扫描方式

面扫描方式(c)每次可以获取单个波长下完整的空间图像,通过面扫描获取高光谱图像时需要转动滤光片切换轮或调节可调滤波器,因此面扫描方式一般用于所需波长图像数目较少的多光谱成像系统中。

根据光源和光谱相机之间的位置关系不同,高光谱图像的获取方式又可以分为反射、透射和漫透射三种方式。三种高光谱图像获取方式如下图所示。

高光谱成像仪获取图谱的方式01

高光谱图像数据分析方法:

高光谱图像由于既包含光谱信息,又包括图像信息,因此高光谱图像数据分析方法很多。这里以归纳高光谱图像数据的处理为例,介绍高光谱成像仪图谱数据处理方法。

第1步,高光谱图像的校正和预处理

原始高光谱数据是光子强度信息,需进行黑白板校正获取相对反射率。由于高光谱图像通常在光谱波段范围的首尾端信噪比较低,所以黑白板校正后的高光谱图像需要进行预处理以剔除这些噪声较大的部分。此外,由于高光谱数据量较大,对于一些无用部分可通过裁剪等方法减少高光谱图像数据。

第2步,高光谱图像的降维

在图像维,可根据待测物的光谱特性,直接提取反映待测对象品质的一个或几个波长图像;也可采用主成分分析、独立成分分析法或最小噪声分离法等获取关键的特征图像;还可在上述特征波段基础上,采用波段比算法或者波段差算法或者二次差分算法计算特征图像;在光谱维,可对研究对象中一定像素区域的光谱或所有像素的光谱进行平均获得平均光谱信息或偏差光谱信息。

第3步,品质预测,目标检测及识别

在图像维,可采用数字图像处理技术对图像进行分割从而获取目标;在光谱维,可与化学计量学方法结合,建模预测分析待测物的品质,或进行判别分析。

第4步,目标分类

根据得到的图像特征或者光谱信息,采用模式识别方法分类目标。

综上所述,高光谱图像数据的处理方法具有以下特点:

1)所用信息类型随检测目的的不同而改变。通常情况下,外部品质检测主要采用图像信息,内部品质检测则多采用光谱信息,而综合品质检测则是两种信息的结合。

2)虽然高光谱图像信息丰富,但数据处理过程中的数据预处理方法较为简单,预测和分类方法也大多是常规方法。

3)针对不容易分割的目标,通常是光谱信息和图像信息结合来进行分割或提取目标。

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