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高光谱成像,您了解多少?

1. 高光谱图像

       光谱分辨率在10-2λ数量级范围内的光谱图像称为高光谱图像(Hyperspectral Image)。是在光谱维度上进行了细致的分割,不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别,而是在光谱维度上也有N个通道。

       例如:我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。因此,通过高光谱设备获取到的是一个数据立方,不仅有图像的信息,并且在光谱维度上进行展开,结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据,还可以获得任一个谱段的影像信息。

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高光谱三维数据块图像

2.  高光谱遥感

       高光谱遥感是通过高光谱传感器探测物体反射的电磁波而获得地物目标的空间和频谱数据,成立于20世纪初期的测谱学就是它的基础。遥感技术经过20世纪后半叶的发展,无论在理论上、技术上和应用上均发生了重大的变化。高光谱遥感的出现使得许多使用宽波段无法探查到的物体,更加容易被探测到,所以高光谱遥感的出现时成功的是革命性的。


3. 高光谱图像技术

       其中,高光谱图像技术的出现和快速发展无疑是上述变化中十分突出的一个方面。它是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术,其最大特点是将成像技术与光谱探测技术结合,基于非常多窄波段的影像数据技术,通过搭载在不同空间平台上的高光谱传感器,即成像光谱仪,探测目标的二维几何空间及一维光谱信息,在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域,以数十至数百个连续且细分的光谱波段对目标区域同时成像。在获得地表图像信息的同时,也获得其光谱信息,第一次真正做到了光谱与图像的结合。

       其中提及的高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据,可以用“三维数据块”来形象地描述,如下图所示。其中x和y表示二维平面像素信息坐标轴,第三维(λ轴)是波长信息坐标轴。高光谱图像集样本的图像信息与光谱信息于一身。图像信息可以反映样本的大小、形状、缺陷等外部品质特征,由于不同成分对光谱吸收也不同,在某个特定波长下图像对某个缺陷会有较显著的反映,而光谱信息能充分反映样品内部的物理结构、化学成分的差异。这些特点决定了高光谱图像技术在农产品内外部品质等各领域的检测方面的独特优势。

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高光谱图像

       与多光谱遥感影像相比,高光谱影像不仅在信息丰富程度方面有了极大的提高,在处理技术上,对该类光谱数据进行更为合理、有效的分析处理提供了可能。因而,高光谱图像技术所具有的影响及发展潜力,是以往技术的各个发展阶段所不可比拟的,不仅引起了遥感界的关注,同时也引起了其它领域(如医学、农学、食品等)的极大兴趣。



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