高光譜成像技術的原理及光譜圖像采集方式介紹
發(fā)布時間:2024-10-18
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高光譜成像技術是成像技術和光譜技術的結合,成像系統(tǒng)獲取目標物體的空間信息,光譜系統(tǒng)獲取波段信息,可以同時實現(xiàn)對二維空間信息和光譜特征的獲取。本文對光譜成像技術的原理及光譜圖像采集方式做了介紹。
高光譜成像技術是成像技術和光譜技術的結合,成像系統(tǒng)獲取目標物體的空間信息,光譜系統(tǒng)獲取波段信息,可以同時實現(xiàn)對二維空間信息和光譜特征的獲取。本文對光譜成像技術的原理及光譜圖像采集方式做了介紹。
高光譜成像技術的原理:
高光譜成像技術是整個高光譜成像系統(tǒng)的核心,是成像技術和光譜技術的結合,成像系統(tǒng)獲取目標物體的空間信息,光譜系統(tǒng)獲取波段信息,可以同時實現(xiàn)對二維空間信息和光譜特征的獲取。
高光譜成像技術通常有兩種方法。一種是基于濾波片的高光譜成像系統(tǒng)。該方法采用的成像裝置主要由CCD攝像頭和濾波片組成。常用的濾波片有窄帶濾波片、液晶可調試濾鏡和聲光可調試濾鏡等。通過連續(xù)采集一系列波段下的目標二維圖像,波段序列構建成一個三維圖像立方體。
另一種是基于圖像光譜儀的高光譜圖像系統(tǒng)。成像裝置主要有透鏡、CCD攝像頭和圖像光譜儀組成,如下圖所示。
圖像光譜儀主要是棱鏡-光柵-棱鏡光學組件組成,同時配備有狹縫,滿足單一時間采集目標的一條狹小條帶。這種圖像系統(tǒng)采用“掃帚式”成像方法:當檢測對象以固定的速度垂直于成像儀光學主軸平面移動,檢測對象中平行于狹縫的一條窄帶在光源的照射下,反射光束通過透鏡進入成像譜儀,通過狹縫后進入分光光學組件,被色散后投射到成像儀尾端的CCD敏感元件,從而使線狀反射窄帶光束經(jīng)過色散后形成連續(xù)波段光的多條平行反射強度線。因此,隨著檢測對象的移動,對象表面的條帶被成像后存儲,從而實現(xiàn)對整個目標的成像。
高光譜成像技術光譜圖像采集方式:
成像后的圖像信息采用三種方式存儲。包括波段順序格式(BSQ,Band Sequential Format)、波段按像元交叉格式(BIP,Band Interleaved by Pixel Format)和波段按行交叉格式(BIL,Band Interleaved by Line Format),常用的方法是BIL格式。BIL格式存儲的圖像先存儲第一個波段的第一行空間信息,接著是第二個波段的第一行,然后是第三個波段的第一行,交叉存取直到波段總數(shù)完成為止。第二行空間信息按照以上類似的方式交叉存取。這種格式提供了空間和波譜處理之間一種折衷方式,是大多數(shù)高光譜圖像處理軟件,如ENVI處理任務中所推薦的文件格式。
通常,高光譜圖像可以用3D立方體來表示,如下圖所示,其中的二維是圖像像素的坐標信息(以x和y表示),第三維是波長信息(以λ表示),一個分辨率為xxy像素的圖像檢測器陣列在λ個波長處獲得的樣品圖像立方體是xxyxλ的三維數(shù)據(jù)立方體。對象每個像素在獨立波長上的反射強度通過AD轉換為不同位數(shù)的二進制數(shù)字信息。
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