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高光谱成像仪的高光谱图像有什么特点?

发布时间:2023-09-15
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高光谱成像仪​能够同时获得目标对象的光谱数据及二维图像,光谱数据能够用来分析其内部的物理结构和化学成分,而其形状、大小和颜色等外在特征以及表面缺陷情况都能通过图像显示出来,在现代农业、生物以及食品检测中有着广泛应用。本文对高光谱成像仪的成像原理及高光谱图像的特点做了分析。

高光谱成像仪能够同时获得目标对象的光谱数据及二维图像,光谱数据能够用来分析其内部的物理结构和化学成分,而其形状、大小和颜色等外在特征以及表面缺陷情况都能通过图像显示出来,在现代农业、生物以及食品检测中有着广泛应用。本文对高光谱成像仪的成像原理及高光谱图像的特点做了分析。

可见近红外显微高光谱成像仪

高光谱成像仪的成像原理:

高光谱成像仪作为高光谱成像系统中最重要的部件,能快速有效地采集到目标对象的光谱以及图像信息,其结构元素包括聚焦透镜、光栅光谱仪、准直透镜以及面阵型CCD探测器等。在采集被测样本高光谱图像的过程中,高光谱成像仪可以吸收样本反射和透射后反在X轴上的分光,面阵CCD探测器能够实现对被测样本进行光学焦平面垂直(Z轴)方向上的横向推扫,接着就可以获得被测样本在条状空间中每个像素点上所含的任一单波长所对应的图像信息。这时当样本在位移平台上往返做横向移动时,面阵CCD探测器就像扫帚扫地一样,扫出样本每条各不相同的带状移动轨迹,进而完成样本的纵向扫描,再将样本在整个横向移动的过程中通过纵向扫描获得的全部信息融合在一起,最终就能够得到被测样本的三维光谱图像数据块。其成像原理如下图所示。

高光谱成像原理示意图

高光谱成像仪的高光谱图像的特点:

高光谱成像技术综合了机器视觉技术与近红外光谱技术这两种技术的优势,它与前者相比,二者都可以获取被测物体的图像信息,但高光谱成像技术还可以获取物体的光谱信息;与后者相比,其优势在于获得的是物体的“面”信息,而近红外光谱技术则是对物体“点”信息的获取。

高光谱成像技术通过高光谱成像仪采集所有连续单波段的图像数据,在尽可能获取更多的被测样本信息的情况下,能够更加高效准确地检测样本的内外部品质。尽管它具有上述诸多优势,难以避免还是存在不少问题,包括数据量大、存在较多冗余、样品模型通用性差等。

高光谱图像可被看作是一个拥有着三维数据结构(由两个空间轴及一个波长轴构成)的立方块。高光谱图像是将每一个像素点(x,y)对应的完整光谱I(λ)簇集到一起形成的三维数据立方体I(x,y,λ)。而另一种方法,设定单独波段A对应的单色图像为I(x,y),也可以把所有的A和对应的I(x,y)堆叠形成的三维立方体I(x,y,λ)作为高光谱图像。由此可见,高光谱图像的处理能够从多种角度上进行考虑:已知像素点坐标(x,y),在光谱域I(λ)中进行光谱的处理;已知波段入,在空间域I(x,y)中进行图像的处理;同时将空间域与光谱域作为对象进行处理。

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