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高光譜成像儀如何采集信息？高光譜成像儀的原理和結(jié)構(gòu)

2024-02-26

高光譜成像儀將成像技術(shù)和光譜技術(shù)結(jié)合在一起，在探測(cè)物體空間特征，同時(shí)對(duì)每個(gè)空間像元色散形成幾十個(gè)到上百個(gè)波段帶寬為10納米左右的連續(xù)光譜覆蓋。那么，高光譜成像儀如何采集信息？本文簡(jiǎn)單介紹了高光譜成像儀的原理和結(jié)構(gòu)。

高光譜成像儀的原理

高光譜成像儀由光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)前端處理盒、數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)三部分組成，數(shù)據(jù)的回放及預(yù)處理，通過(guò)專用軟件在高性能的微機(jī)上完成。傳感器在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域可達(dá)數(shù)百個(gè)波段，而且測(cè)量結(jié)果以圖像方式表達(dá)出來(lái)，每一個(gè)像元均由光譜曲線組成，可以更為準(zhǔn)確地獲取目的物的反射光譜。

由于高光譜成像儀所獲得的高光譜圖像對(duì)圖像中的每個(gè)像素都能提供一條幾乎連續(xù)的光譜曲線，其在待測(cè)物上獲得空間信息的同時(shí)又能獲得比多光譜更為豐富光譜數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)信息可用來(lái)生成復(fù)雜模型，來(lái)進(jìn)行判別、分類、識(shí)別圖像中的材料。

高光譜成像儀通過(guò)高光譜成像獲取待測(cè)物的高光譜圖像，包含了待測(cè)物的豐富的空間、光譜和輻射三重信息。這些信息不僅表現(xiàn)了地物空間分布的影像特征，同時(shí)也可能以其中某一像元或像元組為目標(biāo)獲取它們的輻射強(qiáng)度以及光譜特征。輻射、影像與光譜是高光譜圖像中的3個(gè)重要特征，這3個(gè)特征的有機(jī)結(jié)合就是高光譜圖像。

高光譜成像儀的顯示方式

高光譜成像儀的顯示方式指的是屏幕顯示是黑白顯示還是偽彩顯示。顯示方式的性能不可以直接通過(guò)數(shù)值來(lái)體現(xiàn)，高光譜成像儀主要分為兩種形式：黑白顯示和偽彩顯示。高光譜成像儀黑白顯示也不會(huì)對(duì)成像的精度有所影響，研究人員還是可以輕易的從圖片的成像圖分析出物體的位置，而偽彩顯示因?yàn)樵诔上裣到y(tǒng)中添加了RGB通道，工作人員在觀察的時(shí)候會(huì)更容易發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。

高光譜成像儀的數(shù)據(jù)分析

通過(guò)高光譜成像儀成像獲取的地球表面圖像包含了豐富的空間、輻射和光譜三重信息。高光譜遙感數(shù)據(jù)乙主要的特點(diǎn)是將傳統(tǒng)的圖像維與光譜維信息融合為一體，在獲取地表空間圖像的同時(shí)，得到每個(gè)地物的連續(xù)光譜信息，從而實(shí)現(xiàn)依據(jù)地物光譜特征的地物成份信息反演與地物識(shí)別。高光譜成像儀高光譜數(shù)據(jù)是一個(gè)光譜圖像的立方體，它由以下三部分組成。

1. 高光譜成像儀空間圖像維

在空間圖像維，高光譜數(shù)據(jù)與一般的圖像相似。一般的遙感圖像模式識(shí)別算法是適用的信息挖掘技術(shù)。

2. 高光譜成像儀光譜維

從高光譜圖像的每一個(gè)像元中可以獲得一個(gè)”連續(xù)”的光譜曲線。采用基于光譜數(shù)據(jù)庫(kù)的“光譜匹配”技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)識(shí)別地物的目的。同時(shí)大多數(shù)地物都具有典型的光譜波形特征，尤其是光譜吸收特征。這些特征與地物化學(xué)成分是密切相關(guān)的，因此對(duì)光譜吸收特征參數(shù)（吸收波長(zhǎng)位置、吸收深度、吸收寬度）的提取將成為高光譜信息挖掘的主要方面。

3. 高光譜成像儀特征空間維

高光譜圖像提供的是一個(gè)超維特征空間，挖掘高光譜信息需要深切了解地物在高光譜數(shù)據(jù)形成的N維特征空間中分布的特點(diǎn)與行為。研究發(fā)現(xiàn)，高光譜的高維空間是相當(dāng)空的，數(shù)據(jù)分布不均勻，且趨向于集中在超維立方體空間的角端。典型數(shù)據(jù)的差異性可以映射到一系列低維的子空間，因此迫切需要發(fā)展有效的特征提取算法，以發(fā)現(xiàn)保持重要差異性的低維子空間，從而有效地實(shí)現(xiàn)信息挖掘。

高光譜成像儀特點(diǎn)

高光譜成像儀得益于GX的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，高光譜成像儀具有數(shù)據(jù)質(zhì)量高、靈活性強(qiáng)、便攜易用的突出特點(diǎn)。

1、高質(zhì)量數(shù)據(jù)

高光譜成像儀確保獲得的450-1000nm波長(zhǎng)（涵蓋了可見(jiàn)光波段-近紅外波段）的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，分辨率達(dá)5.5nm。

2、靈活性

高光譜成像儀可在飛機(jī)-通量塔-地面等不同尺度測(cè)量光譜數(shù)據(jù)并成像；可以進(jìn)行定點(diǎn)長(zhǎng)期連續(xù)測(cè)量，適應(yīng)于各種應(yīng)用環(huán)境。

3、便攜性

高光譜成像儀重量只有2Kg，可以安裝在三腳架上進(jìn)行野外移動(dòng)式測(cè)量，干兆以太網(wǎng)妾口方便和電腦連接使用。

4、易用性

利用多功能野外操作支架，高光譜成像儀可以非常方便地實(shí)現(xiàn)垂直向下測(cè)量。還可以又通過(guò)多功能支架，高光譜成像儀即可實(shí)現(xiàn)360?掃描，使得野外操作極為便捷。