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高光谱成像技术的核心部件是什么?

发布时间:2023-09-22
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什么是高光谱成像技术?高光谱成像技术是新一代光电检测技术。它不仅具有光谱分辨能力,还具有图像分辨能力,利用光谱成像技术不仅可以对待检测物体进行定性和定量分析,而且还能进对其进行定位分析。那么,光谱成像技术的核心部件是什么?本文对高光谱成像技术的概念及其组成做了介绍,对此感兴趣的朋友可以了解一下!

什么是高光谱成像技术?高光谱成像技术是新一代光电检测技术。它不仅具有光谱分辨能力,还具有图像分辨能力,利用光谱成像技术不仅可以对待检测物体进行定性和定量分析,而且还能进对其进行定位分析。那么,光谱成像技术的核心部件是什么?本文对高光谱成像技术的概念及其组成做了介绍,对此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?

高光谱成像是新一代光电检测技术,兴起于20世纪80年代,目前仍在迅猛发展中。高光谱成像是相对多光谱成像而言,通过高光谱成像方法获得的高光谱图像与通过多光谱成像获取的多光谱图像相比具有更丰富的图像和光谱信息。如果根据传感器的光谱分辨率对光谱成像技术进行分类,光谱成像技术一般可分成3类。

1.多光谱成像——光谱分辨率在△λ/λ=0.1数量级,这样的传感器在可见光和近红外区域一般只有几个波段。

2.高光谱成像——光谱分辨率在△λ/λ=0.01数量级,这样的传感器在可见光和近红外区域有几十到数百个波段,光谱分辨率可达 nm 级。

3.超光谱成像_光谱分辨率在△λ/λ=0.001数量级,这样的传感器在可见光和近红外区域可达数千个波段。


光谱成像技术的核心部件是什么?

高光谱成像系统的主要工作部件是成像光谱仪,它是一种新型传感器,20世纪80年代初正式开始研制,研制这类仪器的目的是为获取大量窄波段连续光谱图像数据,使每个像元具有几乎连续的光谱数据。它是一系列光波波长处的光学图像,通常包含数十到数百个波段,光谱分辨率一般为1~10nm。由于高光谱成像所获得的高光谱图像能对图像中的每个像素提供一条几乎连续的光谱曲线,其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光谱数据信息,这些数据信息可用来生成复杂模型,来进行判别、分类、识别图像中的材料。

通过高光谱成像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谱特征。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。下图直观地表示了上述三种信息要素之间的关系。

空间、光谱和辐射之间的关系

高光谱图像数据为数据立方体(块)。通常图像像素的横坐标和纵坐标分别用x和y来表示,光谱的波长信息以λ(Z即轴)表示。下图是一幅水果的高光谱图像数据立方体示意图。该数据立方体由沿着光谱轴的以一定光谱分辨率间隔的连续二维图像组成。

高光谱图像数据立方体示

一个典型的高光谱成像系统的硬件系统主要由光源、CCD摄像机、成像光谱仪、镜头、图像采集卡、计算机及控制装置等组成。高光谱成像系统示意图如下图所示。

高光谱成像系统示意图

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