高光譜成像儀作為一種精密的光學儀器,它能夠同時體現一維表征像元光譜信息和目標二維空間景象的物理屬性,并且具有較高的分辨率和圖譜合一的屬性,目前,已經有許多行業有著廣泛的應用。本文對可見光高光譜成像儀的原理及應用作了簡要的介紹,感興趣的朋友可以了解一下!
可見光高光譜成像儀的原理:
高光譜成像光譜儀的核心原理是光譜與圖像合二為一,獲得圖像數據的同時,得到圖像中每個像素的光譜信息,即高光譜數據多維立方體。傳統的成像光譜儀的原理是:物體的圖像通過窄狹縫映射到色散元件(例如光柵/棱鏡/光柵棱鏡的組合),將這條狹縫的圖像色散為按照不同波長排列的條狀圖像,再映射到二維探測器陣列上(如CCD/
CMOS)。該幀圖像代表了窄狹縫對應的空間目標各點的高光譜數據,之后通過推掃的方式,掃描到下一個條帶,直到掃描完整個物體區域,從而獲得整個物體區域的二維圖像信息和光譜信息。
可見光高光譜成像儀的應用:
過去幾十年中,在諸如化學分析,精準農業,法醫取證分析,食品加工,材料分類,生物醫學,礦物學,遙感,天文學和環境分析等測量領域,高光譜成像技術的價值已經得到了廣泛的認可。但它們的使用受到體積大,重量重及成本高的限制,大多數傳統的高光譜成像光譜儀被限制只能用于室內(實驗室)使用,移動這些儀器到現場使用要花費高昂的成本。
現在,集可靠性高,操作方便,成本低廉,可手持測量等諸多優勢的革命性的手持式高光譜成像光譜儀已經推出,為高光譜成像技術的應用擴展帶來了更多可能,也為現場測量提供了極大的便利。
一直以來,用于野外遙感的測量設備主要是高光譜地物光譜儀,但也僅僅只能夠獲得點光譜或平均光譜,代表性不強,而且測量工作繁重。現在,手持式高光譜成像光譜儀在獲得光譜信息的同時,可以獲得整個區域的高分辨率圖像信息,既可以手持進行實地測量,也可以安裝在車輛頂部或無人機上進行大面積精準測量。
在精準農業中,農作物的植株或種子在近紅外(VNIR)范圍的有許多光譜特征,通過簡單的數學變換,如光譜的一階導數,可以獲得光譜特征。對數據進行一階求導,可以獲得非常明顯的特征區別。通過對光譜特征的分析,可以指導農業的選種育種,監測植株的生長情況,或者在食品安全中快速準確的分析判斷。例如,分析豆子是否發生霉變或者草莓果實是否發生腐爛。
可見光高光譜成像儀的發展趨勢:
從目前高光成像技術應用現狀和發展趨勢來看,未來高光成像技術將會從以下方面進行發展:
首先,高光譜圖像相對于全色影像和多光譜影像的信噪比較低,這在很大程度上影響了高光譜數據的可靠性,因此提高高光譜圖像的信噪比是高光譜遙感技術的一個重要發展方向。
其次,高光譜圖像的空間分辨率和光譜分辨率有待進一步提高,光譜覆蓋范圍有待進一步擴大。在可以預見的未來,隨著高光譜技術研究的進一步深入,高光譜成像技術將在更多領域發揮更大的作用。