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涨知识了:一文带你了解高光谱相机的成像原理!

发布时间:2023-08-11
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高光谱相机是近距离静态高光谱成像设备,它可以同时获得所摄样品的图像信息和每个像素的光谱信心,即“图谱合一”,由空间中的像素点可以方便快速的获取该像素点的光谱曲线,由光谱曲线可以快速得到目标物质的空间分布,快速实现了图与谱的交互处理。本文对高光谱相机的成像原理做了简要的介绍。

高光谱相机是近距离静态高光谱成像设备,它可以同时获得所摄样品的图像信息和每个像素的光谱信心,即“图谱合一”,由空间中的像素点可以方便快速的获取该像素点的光谱曲线,由光谱曲线可以快速得到目标物质的空间分布,快速实现了图与谱的交互处理。本文对高光谱相机的成像原理做了简要的介绍。

高光谱相机

高光谱相机的成像过程并不复杂,如下图所示。简单的来说高光谱照相机分为两个部分——镜头和马达。镜头和普通相机的功能一样就是收集光源,末端通过CCD将光信号转换成数字信号,最后存储为图片。与普通相机不同的是,高光谱照相机还有马达,马达的作用是可以带动镜头上下移动。因为高光谱相机的镜头前面是一条狭缝,所以当相机不动时,视线中能看到的只有狭缝这一部分区域,马达的作用就是移动镜头让相机看到更多其他区域的图像。

高光谱相机成像过程

当光线通过狭缝进入相机内部后,首先要通过分光棱镜,将全波段的光进行分解,变为多个波段的光(如蓝波段、绿波段、红波段,具体的分解情况根据相机的光谱采样间隔的大小而定,高光相机一般有很小的光谱采样间隔,一般为1~20nm,则可见光部分(400nm~700nm)将被分为15~300个波段),每个波段的光通过CCD会记录其波段能量的大小,并以强度(灰度)的形式记录下来。狭缝每次记录一行图像的数据,当每扫完一条狭缝,这一行狭缝中的每一个像素都会记录自己位置上不同波段光的强度,继而形成每个像素自己的光谱曲线。当马达移动结束,就可以记录狭缝移动过程所看到的整幅图像的信息。

高光谱图像立方体

高光谱照相机最后采集的数据又叫做高光谱图像立方体,如上图所示。它是由不同波段的图像构成,箭头指向的方向是它的波段方向,从可见光波段到近红外波段,数据就是由这样同一区域不同波段的几十或者几千张图像叠加在一起构成的。通过高光谱图像数据可以获得任意样品任意区域的光谱曲线,然后通过任意区域的光谱曲线可以利用分类算法得到该种目标物质在空间的分布。我们分别在图像中不同区域处选取像素点,即可获得该像素点所对应的光谱曲线。

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