什么是高光譜成像技術(shù)?高光譜成像技術(shù)有哪些類型?
發(fā)布時(shí)間:2023-03-28
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?什么是高光譜成像技術(shù)?高光譜成像技術(shù)是光譜成像技術(shù)的一種,它將傳統(tǒng)二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起,既可以獲取目標(biāo)物的二維空間信息,又可以獲得一維光譜信息。該技術(shù)具有空間可識別性、超多波段、高的光譜分辨率、光譜范圍廣和圖譜合一等眾多優(yōu)點(diǎn)。本文對光譜成像技術(shù)的幾個(gè)類型做了簡要的歸納。
什么是高光譜成像技術(shù)?高光譜成像技術(shù)是光譜成像技術(shù)的一種,它將傳統(tǒng)二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起,既可以獲取目標(biāo)物的二維空間信息,又可以獲得一維光譜信息。該技術(shù)具有空間可識別性、超多波段、高的光譜分辨率、光譜范圍廣和圖譜合一等眾多優(yōu)點(diǎn)。本文對光譜成像技術(shù)的幾個(gè)類型做了簡要的歸納。
什么是高光譜成像技術(shù)?
高光譜成像技術(shù)是近三十幾年來發(fā)展起來的,將傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和一維光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起從而獲得數(shù)據(jù)立方體的一門新興技術(shù)。該技術(shù)既可以獲得目標(biāo)物體的二維空間信息,又可以獲得其一維光譜信息;其光譜覆蓋范圍較窄,波段數(shù)在10~1000之間,光譜分辨率在10-2λ數(shù)量級內(nèi)(10 nm左右);并且其多個(gè)光譜通道是連續(xù)的。因此該技術(shù)具有空間可識別性、超多波段(上百個(gè)波段)、高的光譜分辨率、光譜范圍廣(電磁波的紫外、可見光、近紅外、中紅外以至熱紅外區(qū)域)和圖譜合一等特點(diǎn)。其優(yōu)勢在于采集到的圖像信息量豐富,識別度較高和數(shù)據(jù)描述模型多。由于該技術(shù)具有眾多的優(yōu)勢,因此,在發(fā)展之初便引起了廣泛的關(guān)注,其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括大氣監(jiān)測、食品和藥品安全檢測、精,準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋等各水體檢測以及軍事、國防及國土安全等。
高光譜成像技術(shù)的類型:
1.根據(jù)成像方式的不同分
根據(jù)成像方式的不同,可將高光譜成像技術(shù)分為掃描型和快照式兩大類,掃描型高光譜成像技術(shù)又分為擺掃式,推掃式和凝采式三種。
1)擺掃式高光譜成像技術(shù)
也叫做撣掃式、揮掃式高光譜成像技術(shù),其掃描方式是點(diǎn)掃描。該類型儀器的核心部件是線陣列光電探測器,其作用是接收目標(biāo)不同波長下的輻射能,其一般在掃描儀的前方安裝光學(xué)鏡頭,利用機(jī)械傳動(dòng)裝置帶動(dòng)鏡頭左右擺動(dòng)以及飛行平臺(tái)向前移動(dòng)完成對地面目標(biāo)的逐點(diǎn)掃描,達(dá)到獲取多個(gè)窄波段連續(xù)光譜圖像的目的。
2)推掃式高光譜成像技術(shù)
也叫做推帚式高光譜成像技術(shù),其掃描方式是線掃描。該類型儀器通過推掃的方式每次獲取一行目標(biāo)信息,因此其前方不需要移動(dòng)探測部件,其采用二維面陣列探測器,其中,一維用于接收保存光譜信息,與之相垂直的另一維為線性陣列,其作用是分散并聚焦目標(biāo)物體在不同波長下的輻射能。
3)凝采式高光譜成像技術(shù)
也叫做凝視式高光譜成像技術(shù),其掃描方式是顏色掃描。該類型儀器通過顏色掃描方式每次獲取一個(gè)波長下的目標(biāo)信息。其采用單色器或電調(diào)諧濾波器完成不同光譜通道之間的切換,以達(dá)到探測器采集相應(yīng)波長的目標(biāo)物體全部信息的目的。
4)快照式高光譜成像技術(shù)
其成像方式無需掃描,能夠一次性獲取目標(biāo)物體包括一維光譜信息在內(nèi)的全部信息。該類儀器系統(tǒng)內(nèi)部不存在移動(dòng)部件或其他動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)組件,抗干擾能力強(qiáng),且成像速度快,因此適用于移動(dòng)速度較快的目標(biāo)物體,并且可以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。
2.根據(jù)分光原理的不同分
根據(jù)分光原理的不同,可將高光譜成像技術(shù)分為色散型、干涉型、計(jì)算層析型等幾種類型。
1)色散型高光譜成像技
色散型高光譜成像技術(shù)主要包括色散棱鏡型、衍射光柵型以及聲光、液晶可調(diào)諧濾光片型(AOTF)等高光譜成像技術(shù)。色散型高光譜成像技術(shù)利用光柵、棱鏡等色散元件將經(jīng)準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的光線色散成連續(xù)分布的單色光,光線經(jīng)聚焦會(huì)聚于探測元件上,最終得到每一個(gè)像元的強(qiáng)度。該技術(shù)出現(xiàn)較早,又其原理結(jié)構(gòu)簡單,性能穩(wěn)定,因此發(fā)展比較成熟。但是該系統(tǒng)內(nèi)部狹縫的存在導(dǎo)致光譜分辨率、能量利用率以及信噪比很難提高成為制約該技術(shù)繼續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。
2)干涉型高光譜成像技
干涉型高光譜成像技術(shù)也稱傅立葉變換型高光譜成像技術(shù),主要包括傅里葉變換型(邁克爾遜干涉型、三角共路干涉型、雙折射偏振干涉型)、液晶可調(diào)諧濾光片型(LCTF)等高光譜成像技術(shù)。干涉型高光譜成像技術(shù)將獲取的干涉強(qiáng)度信息通過傅里葉變換轉(zhuǎn)換成目標(biāo)的光譜信息,是間接光譜成像技術(shù)。干涉型的高光譜成像儀較上述色散型高光譜成像儀具有多通道、高通量、高光譜分辨率、高信噪比等優(yōu)點(diǎn)。
3)計(jì)算層析型高光譜成像技術(shù)
計(jì)算層析型高光譜成像技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、探測器水平以及醫(yī)學(xué)上斷層掃描技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新興技術(shù),目前還處于理論及方法研究階段。該技術(shù)將計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)應(yīng)用于高光譜成像技術(shù)中,將目標(biāo)圖像的數(shù)據(jù)立方體視作三維,物體,沿著一個(gè)或者多個(gè)方向投影到探測器上,再根據(jù)數(shù)據(jù)立方體與獲得的投影圖像之間的關(guān)系,選擇合適的重建算法重構(gòu)出目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)立方體。其顯著的優(yōu)點(diǎn)是其具有全視場性,不僅能夠保證較高的光通量及光能利用率,而且能夠快速精確的獲取目標(biāo)物體的二維空間信息和一維光譜信息。
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