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什么是高光谱成像技术?高光谱成像技术在生活中有何具体应用?

发布时间:2023-08-25
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什么是高光谱成像技术?高光谱成像技术作为一种新型的无损检测技术,它所获得的图像数据不仅包含了样品的图像信息,同时也包含了样品的光谱信息,具有“图谱合一”的特性,在农业生产、考古等领域具有广泛的应用。本文对高光谱成像技术的含义及其在生活中的具体应用做了介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

什么是高光谱成像技术?高光谱成像技术作为一种新型的无损检测技术,它所获得的图像数据不仅包含了样品的图像信息,同时也包含了样品的光谱信息,具有“图谱合一”的特性,在农业生产、考古等领域具有广泛的应用。本文对高光谱成像技术的含义及其在生活中的具体应用做了介绍,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?

高光谱成像技术是将图像技术和光谱技术结合起来的一门新技术,图像是按光谱顺序排列的像数据“立方体”。高光谱数据一般含有几十甚至几百个波段,其光谱分辨率一般为1~10nm。通过高光谱成像系统获取待测物的高光谱图像包含了待测物的丰富的空间、光谱和辐射三重信息。这些信息不仅表现了地物空间分布的影像特征,同时也可能以其中某一像元或像元组为目标获取它们的辐射强度以及光潜特征。

影像、辐射与光谱是高光谱图像中的3个重要特征,这3个特征的有机结合就是高光谱图像高光谱图像具有高空间分辨率和时间分辨率、图谱合一等特点,能为各项应用提供更详细的信息。光谱的覆盖范围为可见光到热红外的全部电磁辐射波谱,可以获取连续的光谱信息,这是高光谱遥感数据与常规遥感数据的主要区别。

由于高光谱成像系统所获得的高光谱图像能对图像中的每个像素提供连续的光谱曲线,且在待测物上获得空间信息的同时又能获得比多光谱更为丰富的光谱信息。这些数据信息用来形成复杂模型,来进行判别、分类、识别图像中的材料。

高光谱图像技术集成了传统的图像和光谱技术,可同时获得被测物体的空间和光谱信息,相比传统的多光谱技术不能同时兼顾共线性消除和信息充分获取的矛盾,高光谱图像技术因其高的光谱分辨率已成为农产品品质评估和安全检测的强有力工具。


高光谱成像技术在生活中的具体应用:

1.在农业领域应用

在农业领域,高光谱图像目标检测技术主要应用在农作物长势状况监测、农作物胁迫监测、农作物产量初级估算、植被覆盖率监测以及农产品的无损检测等方面。高光谱技术凭借其在光谱分辨率中的优势为精细化农业的发展提供着技术保障,在获取农作物信息,增加农作物产量、改善农作物品质,预防农作物灾害,保护农业资源以及降低农产品投入成本等方面中发挥着重要的作用,为农业和其他相关部门的决策提供可靠的依据。

2.在环境减灾领域应用

在环境减灾领域,高光谱目标检测技术可以对灾害进行预警、实时监测以及对灾后现状进行评估,从而达到防灾减灾的目的。2008年9月,我国发射的环境一号A卫星上搭载的高光谱传感器,是我国第一台对地观测的星载高光谱成像仪,该传感器的投入使用,极大地丰富了我国防灾减灾工作的数据来源。随着该卫星的发射成功和良好运行,以及后续卫星发射计划的逐步推进,环境与减灾卫星中的高光谱传感器将在防灾减灾领域发挥着越来越大的作用。

3.在考古领域应用

在考古领域,由于人为因素,地下埋藏的遗迹与周围环境往往会产生土壤的板结与疏松、肥沃与贫瘠,含水量多与少的差异,导致树木与灌木丛生长与分布情况发生异常,或者会使农作物与野草的高度、密度和色彩出现差异,而且遗迹往往具有特殊的微地貌和几何形状特征。这些差异会影响它们对太阳辐射光谱的吸收特性,从而引起表层地物波谱特征的微弱变化,高光谱目标检测技术可以通过探测和识别微弱的地物光谱异常,实现在没有任何地表“常规”考古线索情况下的地下文物探测。

4.在医学领域应用

在医学领域,高光谱图像的高光谱分辨率能够辨别病变细胞与正常细胞之间的光谱差异性,从而达到对疾病诊断的目的。目前,高光谱目标检测技术在实现某些疾病的早期诊断、病情检测、疗效评估以及发病机理的研究当中都有应用。这些研究与应用将为各种疾病的成因和更精确的诊断提供新的依据和标准,对提高疾病的诊断水平具有重要的意义,将日益成为医学应用与研究的热点。

5.在资源勘探领域应用

在资源勘探领域,高光谱目标检测技术在矿产勘探、矿物识别以及海洋资源勘探中都有较成功的应用。矿物光谱研究表明,岩石矿物在0.4~2.5um之间具有一系列可诊断性光谱特征信息,而且这些特征的带宽多在10~20nm之间,高光谱图像的光谱维能够使得这些特征波段得到很好的体现,这是利用高光谱目标检测技术进行资源勘探的基础。

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