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高光谱成像技术的两种分类

l  光谱成像的定义

一般来说,光谱成像(Spectral Imaging)技术是指利用多个光谱通道进行图像采集、显示、处理和分析解释的技术。如下图所示,探测器件随着波长的扫描而采集相应图像,则可以得到光谱图像序列。利用光谱图像序列进行分析处理,不但可以得到光谱信息,还可以得到图像信息,因此光谱成像技术是光谱分析与图像分析的有机结合。 

 

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光谱成像示意图

l  光谱成像技术的分类

1、  基于波段数量和光谱分辨率的分类

按照光谱波段的数量和光谱分辨率,光谱成像技术大致可以被分为三类:

     多光谱成像技术(Multispectral Imaging):

获得的目标物的波段在3~12之间,具有10~50个光谱通道,光谱分辨率为△λ/λ=0.1,一般在100nm左右,主要用于地带分类等方面。

     高光谱成像技术(Hyperspectral Imaging):

获得的目标物的波段在100~200之间,具有50~1000个光谱通道,光谱分辨率为△λ/A=0.01,一般在10nm左右,被广泛用于遥感中。

     超光谱成像技术(Ultraspectral Imaging):

获得的目标物的波段在1000~10000之间,具有10~100个光谱通道,光谱分辨率为△λ/λ=0.001,一般在1nm以下,通常用于大气微粒探测等精细探测领域。

 

2、  基于探测器工作方式的分类

按照光谱图像采集方式的不同,光谱成像技术主要可分为:

     掸扫式(Whiskbroom):

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掸扫式光谱成像原理

上图说明的是掸扫式线阵遥感成像光谱仪原理。这个仪器的核心部件是排列成线状的光电探测器,它使不同波长的辐射能照射到线阵列的各个探测器件上。因而对于地面瞬时视场内的辐射能,分光后各波长的强度同时记录下来。当传感器平台向前推进时逐个像元逐点成像,这将获得具有多个连续光谱的窄波段的图像。

 

     推扫式(Pushbroom):

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推扫式光谱成像原理

推扫式线阵遥感成像光谱仪的工作原理如图上所示。图中的二维面阵列探测器,一维可用作光谱仪,另一维则为一线性阵列,以推扫的方式工作,地面目标的辐射能根据波长分散并聚焦到探测器面阵列上。图像一次建立一行而不需要移动探测器件。像元的摄像时间长,系统的灵敏度和空间分辨率均可以得到提高。

 

     凝采式(Staring Imagers)

在这种工作方式中,常常采用单色器或电调谐滤波器实现光谱通道的切换。伴随光谱通道的切换,探测器则采集相应图像,如下图显微光谱成像系统。其中利用CCD摄像器件、图像卡和计算机实现系统的数字化;利用氩灯和单色器进行激发光谱扫描;利用自主开发的系统软件实现系统的操控、荧光光谱图像的采集、处理和分析。

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显微光谱成像系统框图





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