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高光谱成像简介及其应用概述
点击次数:2661 发布时间:2018-06-26
  高光谱成像简介及其应用概述
  高光谱成像将成像技术和光谱技术结合在一起,在探测物体空间特征的同时并对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为10nm左右的连续光谱覆盖。它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像。在陆地、大气、海洋等领域的研究观测中有广泛的应用。
  高光谱成像将成像技术和光谱技术结合在一起,在探测物体空间特征的同时并对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为10nm左右(目前美国产SOC730高光谱成像的带宽已达到2nm)的连续光谱覆盖。根据高光谱成像的扫描方式,其工作原理也不尽相同,作为光学成像仪成像的一个例子,这里简述一下焦平面探测器推扫成像原理。
  焦平面探测器推扫成像原理,地面物体的反射光通过物镜成像在狭缝平面,狭缝作为光栏使穿轨方向地面物体条带的像通过,挡掉其他部分光。地面目标物的辐射能通过指向镜,由物镜收集并通过狭缝增强准直照射到色散元件上,经色散元件在垂直条带方向按光谱色散,用会聚镜会聚成像在传感器使用的二维CCD面阵列探测元件被分布在光谱仪的焦平面上。高光谱成像焦平面的水平方向平行于狭缝,称空间维,每一行水平光敏元上是地物条带一个光谱波段的像;焦平面的垂直方向是色散方向,称光谱维,每一列光敏元上是地物条带一个空间采样视场(像元)光谱色散的像。这样,面阵探测器每帧图像数据就是一个穿轨方向地物条带的光谱数据,连续记录光谱图像,就得到地面二维图像。
  高光谱成像由光学系统、信号前端处理盒、数据采集记录系统三部分组成。数据的回放及预处理通过软件在高性能的微机上完成。软件具有如下功能:数据备份;快速回放;数据规整和格式转换;图像分割截取;标准格式的图像数据生成等。
  高光谱成像的应用范围遍及化学、物理学、生物学、医学等多个领域。目前,高光谱成像在土地利用、农作物生长、分类,病虫害检测,海洋水色测量,城市规划、石油勘探、地芯地貌及军事目标识别等方面都有着很广泛和深远的应用前景。可见光近红外光谱范围高光谱成像比较广阔的应用领域为植被和海洋;植被的反射光谱特征主要取决于叶片中的叶绿素含量和成份,正常生长的植物有典型的光谱形状;当生长不良、病虫害、地下金属矿物诱导病变等因素会引起反射强度比例变化和吸收光谱特征的微小位移,这种位移的观测要求超高光谱成像具有优于5nm的光谱分辨率和100以上的信噪比。在光波范围能够观测水下状况的只有可见光,其中穿透性好的波长范围为0.45~0.60μm(蓝光至黄光),亦被称为“海洋窗口”。可见光超高光谱成像可以观测海洋中沉积性悬浮物、浮游生物、叶绿素的分布等海况,但是获取海洋表层中悬浮体物质在质量和数量方面的信息时,不仅需要高光谱分辨率,高光谱成像而且要很高的辐射灵敏度(信噪比500以上)。
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