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可见光高光谱成像仪的原理及应用介绍

时间:2023-10-31 点击:311次

高光谱成像仪作为一种精密的光学仪器,它能够同时体现一维表征像元光谱信息和目标二维空间景象的物理属性,并且具有较高的分辨率和图谱合一的属性,目前,已经有许多行业有着广泛的应用。本文对可见光高光谱成像仪的原理及应用作了简要的介绍,感兴趣的朋友可以了解一下!

可见光高光谱成像仪

可见光高光谱成像仪的原理:

高光谱成像光谱仪的核心原理是光谱与图像合二为一,获得图像数据的同时,得到图像中每个像素的光谱信息,即高光谱数据多维立方体。传统的成像光谱仪的原理是:物体的图像通过窄狭缝映射到色散元件(例如光栅/棱镜/光栅棱镜的组合),将这条狭缝的图像色散为按照不同波长排列的条状图像,再映射到二维探测器阵列上(如CCD/

CMOS)。该帧图像代表了窄狭缝对应的空间目标各点的高光谱数据,之后通过推扫的方式,扫描到下一个条带,直到扫描完整个物体区域,从而获得整个物体区域的二维图像信息和光谱信息。


可见光高光谱成像仪的应用:

过去几十年中,在诸如化学分析,精准农业,法医取证分析,食品加工,材料分类,生物医学,矿物学,遥感,天文学和环境分析等测量领域,高光谱成像技术的价值已经得到了广泛的认可。但它们的使用受到体积大,重量重及成本高的限制,大多数传统的高光谱成像光谱仪被限制只能用于室内(实验室)使用,移动这些仪器到现场使用要花费高昂的成本。

现在,集可靠性高,操作方便,成本低廉,可手持测量等诸多优势的革命性的手持式高光谱成像光谱仪已经推出,为高光谱成像技术的应用扩展带来了更多可能,也为现场测量提供了极大的便利。

一直以来,用于野外遥感的测量设备主要是高光谱地物光谱仪,但也仅仅只能够获得点光谱或平均光谱,代表性不强,而且测量工作繁重。现在,手持式高光谱成像光谱仪在获得光谱信息的同时,可以获得整个区域的高分辨率图像信息,既可以手持进行实地测量,也可以安装在车辆顶部或无人机上进行大面积精准测量。

在精准农业中,农作物的植株或种子在近红外(VNIR)范围的有许多光谱特征,通过简单的数学变换,如光谱的一阶导数,可以获得光谱特征。对数据进行一阶求导,可以获得非常明显的特征区别。通过对光谱特征的分析,可以指导农业的选种育种,监测植株的生长情况,或者在食品安全中快速准确的分析判断。例如,分析豆子是否发生霉变或者草莓果实是否发生腐烂。


可见光高光谱成像仪的发展趋势:

从目前高光成像技术应用现状和发展趋势来看,未来高光成像技术将会从以下方面进行发展:

首先,高光谱图像相对于全色影像和多光谱影像的信噪比较低,这在很大程度上影响了高光谱数据的可靠性,因此提高高光谱图像的信噪比是高光谱遥感技术的一个重要发展方向。

其次,高光谱图像的空间分辨率和光谱分辨率有待进一步提高,光谱覆盖范围有待进一步扩大。在可以预见的未来,随着高光谱技术研究的进一步深入,高光谱成像技术将在更多领域发挥更大的作用。

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