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光谱成像技术有哪些类型?高光谱成像技术的原理是怎么样的?

发布时间:2023-10-13
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光谱成像技术有哪些类型?光谱成像技术是一种在测得的大量连续的光谱带上同时获得样品空间信息的成像技术,每个光谱图像的像素单元是光谱信息和图像信息的结合。其根据光谱分辨率的不同,可以分为:多光谱成像、高光谱成像和超光谱成像三种类型。那么,高光谱成像技术的原理是怎么样的?本文为大家作了介绍。

光谱成像技术有哪些类型?光谱成像技术是一种在测得的大量连续的光谱带上同时获得样品空间信息的成像技术,每个光谱图像的像素单元是光谱信息和图像信息的结合。其根据光谱分辨率的不同,可以分为:多光谱成像、高光谱成像和超光谱成像三种类型。那么,高光谱成像技术的原理是怎么样的?本文为大家作了介绍。

高光谱成像技术

光谱成像技术的类型:

目前常用的光谱成像的波段范围有两种,可见光/近红外区的波段范围是400~1000nm,短波红外区的波段范围是900~2500nm。如果根据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三类。

(1)多光谱成像:光谱分辨率在△λ/λ=0.1数量级,通常传感器在可见光和近红外光谱区域只有几个到十几个波段。

(2)高光谱成像:光谱分辨率在△λ/λ=0.01数量级,传感器在可见光和近红外光谱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,传感器在可见光和近红外光谱区域可多达数千个波段,超光谱成像系统由于具有极高的光谱分辨率和较多的波段数,主要用于气体化学成分测定、大气微粒探测等实验室科学研究领域。高光谱、多光谱成像系统应用范围较广,实用性较强,已经在食品检测的领域得到了应用。


高光谱成像技术的原理:

高光谱成像技术(Hyperspectral Imaging,HSI)是运用最早、最突出的光谱成像技术,目前在不同行业和领域得到了广泛的应用。如下图所示,高光谱成像仪是光谱成像分析系统的核心,由成像光谱仪与CCD探测器结合而成,可高效快速获取被测物的光谱和图像信息。

高光谱成像系统的工作原理

在样品图像采集时,光谱成像仪接收被测物体表面反射和透射光在X轴上进行分光、在Y轴上进行成像,获得光谱信息和一维影像。由于样品的不断移动,从而能够得到连续的光谱信息以及一维影像,所有的数据被计算机图谱采集平台采集。将所有窄波段的光谱信息和图像进行融合,最后得到了整个样品的光谱图像。光谱图像采集可以通过系统的图像获取方式进行,主要分为点扫描(逐点光谱扫描)、线扫描(逐行空间扫描)和面扫描三种,具体工作原理如下图所示。

高光谱成像系统的构成及数据采集

高光谱成像技术高光谱图像数据处理方法:

高光谱图像数据块能够为被检样品提供详尽的内外部信息,但同时由于波谱段多、数据量大、数据相关性强等特点,给数据处理造成了维数灾难。目前,国内外大多数学者对数据处理的方法是:先选择感兴趣区域(ROI),在采用主成分分析法(PCA)、独立成分分析法(ICA)以及遗传算法(GA)等对感兴趣区域数据进行分析降维,去除大量冗余信息,找出特征波长,并建立相应的判别模型。常用的建模方法有 BP神经网络法(BPANN)、多元线性回归法(MLR)以及偏最小二乘法(PLS)。

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