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我们该如何细分多光谱、高光谱、高光谱成像仪?

众所周知,光谱分析是自然科学中一种重要的研究手段,光谱技术能检测到被测物体的物理结构、化学成分等指标。光谱评价是基于点测量,而图像测量是基于空间特性变化,两者各有其优缺点。因此,可以说光谱成像技术是光谱分析技术和图像分析技术发展的必然结果,是二者完美结合的产物。光谱成像技术不仅具有光谱分辨能力,还具有图像分辨能力,利用光谱成像技术不仅可以对待检测物体进行定性和定量分析,而且还能进对其进行定位分析。

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高光谱成像是新一代光电检测技术,兴起于20世纪80年代,目前仍在迅猛发展。高光谱成像是相对多光谱成像而言,通过高光谱成像方法获得的高光谱图像与通过多光谱成像获取的多光谱图像相比具有更丰富的图像和光谱信息。如果根据传感器的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3类:


(1)多光谱——光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0.1数量级(10-1λ数量级范围内称为多光谱),这样的传感器在可见光和近红外区域一般只有几个波段,不能成像。

(2)高光谱——光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0.01数量级(10-2λ数量级范围内称为高光谱),这样的传感器在可见光和近红外区域有几十到数百个波段,光谱分辨率可达nm级,不能成像。

(3)高光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0.001数量级(光谱分辨率小于10nm),这样的传感器在可见光和近红外区域可达数百个波段,比起高光谱仪,高光谱成像仪对样品的测量定位更为精准。

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高光谱成像系统的主要工作部件是成像光谱仪,它是一种新型传感器,20世纪80年代初正式开始研制,研制这类仪器的目的是为获取大量窄波段连续光谱图像数据,使每个像元具有几乎连续的光谱数据。它是一系列光波波长处的光学图像,通常包含数十到数百个波段,光谱分辨率一般为1l0nm。由于高光谱成像所获得的高光谱图像能对图像中的每个像素提供一条几乎连续的光谱曲线,其在待测物上获得空间信息的同时又能获得比多光谱更为丰富光谱数据信息,这些数据信息可用来生成复杂模型,来进行判别、分类、识别图像中的材料。通过高光谱成像获取待测物的高光谱图像包含了待测物的丰富的空间、光谱和辐射三重信息。这些信息不仅表现了地物空间分布的影像特征,同时也可能以其中某一像元或像元组为目标获取它们的辐射强度以及光谱特征。影像、辐射与光谱是高光谱图像中的3个重要特征,这3个特征的有机结合就是高光谱图像。高光谱图像数据为数据立方体(cube)。通常图像像素的横坐标和纵坐标分别用zY来表示,光谱的波长信息以(Z即轴)表示。该数据立方体由沿着光谱轴的以一定光谱分辨率间隔的连续二维图像组成。

 

高光谱分辨率遥感在电磁波谱的可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内,获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。其成像光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段信息。多光谱分辨率遥感,是利用具有两个以上波谱通道的传感器对地物进行同步成像的一种遥感技术,它将物体反射辐射的电磁波信息分成若干波谱段进行接收和记录。主要是波段数量的区别,其他应用方面高光谱的应用会更广。


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