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你了解高光谱成像技术的原理吗?

发布时间:2023-09-22
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高光谱成像技术作为一种无损检测技术,可以同时获取研究对象的光谱信息和空间信息,是图像技术与光谱技术的完美结合,真正做到了“图谱合一”,其中图像信息可以检测样本的外部特征,光谱信息则可用于样品内部特征的检测,同时可以将图像信息和光谱信息进行特征融合,以此达到更好的检测效果。那么,了解高光谱成像技术的原理吗?

高光谱成像技术作为一种无损检测技术,可以同时获取研究对象的光谱信息和空间信息,是图像技术与光谱技术的完美结合,真正做到了“图谱合一”,其中图像信息可以检测样本的外部特征,光谱信息则可用于样品内部特征的检测,同时可以将图像信息和光谱信息进行特征融合,以此达到更好的检测效果。那么,了解高光谱成像技术的原理吗?

高光谱成像仪

高光谱成像技术的原理:

高光谱成像技术集中了光学、电子学、信息处理以及计算机科学技术等,利用很多窄的电磁波波段的电磁光谱以成像的形式获取物体特性有关数据,把传统的二维成像技术和光谱技术有机地结合在一起而形成的先进技术。高光谱成像光源的波谱范围可以在紫外(200~400nm)、可见光(400~760nm)、近红外(760~2560nm)以及波长大于2560nm的区域,获取大量窄波段连续光谱图像数据,为每个像素提供一条完整而连续的光谱曲线。因此,高光谱图像是三维的,如下图所示,又称为图像块,是一系列光波波长处的光学图像。二维指的是图像的空间信息(即x和y坐标轴);第三维指的是波长信息(即λ轴),其波长分辨率通常精度可达到2~3nm。高光谱成像技术的获取三维图像块方法分为两种:一种是连续采集一系列波段光谱图像完成三维立方图像;另一种是采用“推扫式”成像方法,即用一条线扫描完整光谱范围内的物体空间信息。高光谱图像同时具有样本的图像信息和光谱信息。图像信息可以反映样本缺陷特征,缺陷类型不同,对应的光谱吸收也不同,因此在某个特定波长下图像对某个缺陷的反映会较显著;而光谱信息能有效反映出样品受到不同缺陷时之间的物理结构以及化学成分的差异。所以,高光谱图像技术在样品的无损检测方面具有独特优势。

高光谱图像的三维数据矩阵

高光谱成像技术的构成:

典型的高光谱成像检测装置是由1台基于光谱仪的高光谱摄像机、1台成像光谱仪、1个150W的光纤卤素灯、1套高精度输送的位移平台和计算机等装置组成,其中光纤卤素灯是两个连接光纤的对称光源。高光谱摄像机的光谱采集范围为400~1000、900~1700、900~2500nm。


高光谱图像数据的分析方法:

由于高光谱图像在采集时会形成相当巨大的数据,且数据间存在大量的冗余信息,故高光谱图像首先要处理的关键部分在于如何获取有用的信息。因此,数据降维必不可少,而最为有效方法就是提取最佳波段,从而可以在不损失重要信息的前提下最大限度地反映原始信息。数据降维方法主要有主成分分析法、判别分析法、特征波段法等。将高光谱数据降维处理后,采用相关分析、主成分分析、独立分量分析、逐步多元回归等方法来获取最优波段,最后选用人工神经网络、支持向量机、偏最小二乘法和主成分回归分析法等方法建立基于光谱和图像信息的样本内外品质检测的预测模型或识别模型,进而实现对样品的无损检测。

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