什么是高光譜成像技術?高光譜成像技術有何具體的應用?
發布時間:2023-06-30
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什么是高光譜成像技術?高光譜成像技術融合了光譜技術和圖像技術,作為一種新興且發展迅速的光電檢測融合技術,它兼具光譜分辨能力和圖像分辨能力。那么,高光譜成像技術有何具體的應用?本文對高光譜成像技術的應用做了介紹。
什么是高光譜成像技術?高光譜成像技術融合了光譜技術和圖像技術,作為一種新興且發展迅速的光電檢測融合技術,它兼具光譜分辨能力和圖像分辨能力。那么,高光譜成像技術有何具體的應用?本文對高光譜成像技術的應用做了介紹。
什么是高光譜成像技術?
高光譜成像技術融合了光譜技術和圖像技術,作為一種新興且發展迅速的光電檢測融合技術,它兼具光譜分辨能力和圖像分辨能力。光譜信息反映了樣品內部的信息,圖像信息則反映了樣品外部的信息,在獲取待測樣品指標的同時保留了其原始的理化性質,并且能夠彌補傳統方法的不足,做到對樣品的準確、無損、快速檢測。
通過高光譜成像技術獲取的圖像數據在可見光和近紅外區域可達幾十到數百個波段,光譜分辨率可達納米級別,因而具備了探測出樣品精細光譜的能力,能夠探測到在寬波段中無法探測到的光譜特征。
高光譜成像技術原理是利用傳統的二維成像和光譜學的集成硬、軟件平臺獲得待測物每個像元的空間信息和光譜信息,通過對待測物空間位置信息和光譜信息的獲得,對這些獲得的數據信息進行定性與定量分析,進而很好地反映待測物的綜合性狀與特性,因此高光譜成像技術是具備優勢和潛在能力的技術。
應用高光譜成像系統進行待測物指標檢測的主要步驟為準備待測樣品、采集高光譜圖像、進行光譜曲線分析處理、建模分析與指標預測。高光譜成像系統主要由光譜儀、光源、電荷耦合元件(CCD)相機和計算機構成,示意簡圖如下圖所示。
高光譜成像技術的具體應用:
高光譜成像技術的定義是在多光譜成像的基礎上,在紫外到近紅外(200-2500nm)的光譜范圍內,利用成像光譜儀在光譜覆蓋范圍內的數十或數百條光譜波段對目標物體連續成像。按照光譜順序在不同的光譜波長點都有一張二維空間圖像,即整個高光譜圖像其實是一個數據“立方體”。在獲得物體空間特征成像的同時,也獲得了被測物體的光譜信息。某些物體在光譜中留下獨特的“指紋”。這些“指紋”被稱為光譜特征,可用于識別被掃描物體的物質組成。其具體應用主要有以下幾個方面:
1.水體水質調查
隨著經濟發展和人類活動的不斷擴張,各種水體的水質狀況越來越受到影響,水環境監測已刻不容緩。20世紀70年代開始,一些國家應用航空遙感監測海岸帶污染,應用衛星遙感監測區域性的海上溢油、赤潮事件。赤潮水體與正常水體的光譜曲線形狀在700nm附近有所不同,差異表現在是否存在中心波長大于685nm的熒光峰,即赤潮水體的特征反射峰。寬光譜波段不能有效捕捉水體復雜的光譜特性,而高光譜遙感數據具有較高的空間分辨率和連續的光譜信息,能進行有效的水體水色因子探測及提高光學水質參數反,演精度。
2.大氣科學研究
高光譜遙感技術在大氣研究中的突出應用是云蓋制圖、云頂高度與云層狀態參數估算、大氣水汽含量與分布估算、氣溶膠含量估計與大氣光學特性評價等。利用高光譜成像技術,在準確探測大氣成分的基礎上,能提高天氣預報、災害預警等的準確性與可靠性。
3.巖礦探測
與多光譜遙感相比,高光譜遙感能夠以更高的光譜分辨率提取地物的診斷性光譜特征,這使得在多光譜遙感中不可區分的巖石和礦物光譜,可在高光譜遙感中得到精確識別。利用高光譜遙感識別巖礦,能夠直接提供同礦床成礦和蝕變相關的礦物種類、分布以及豐度信息。基于這些巖礦信息,可以有效地圈定相關礦產資源的勘探范圍,實現礦產資源大面積快速勘查。
4.精準農業
農業攸關國計民生,農業信息至關重要。高光譜遙感技術的發展為遙感信息定量應用開辟了新的領域,并逐漸成為新興的精準農業最重要的技術手段之一。高光譜遙感技術可以準確獲得植物的精細光譜信息,建立監測模型,從而能夠精準監測作物的類型及播種面積、作物的生長環境及病蟲害、作物生理生化性狀、作物長勢和產量品質等,促進了農業的科學化管理和實現高產優質,為作物的科學管理和高產高效提供技術保障。
5.植被調查
高光譜可用來估計一些森林物理參數,如葉面積指數(LAI)、材積、密度、森林覆蓋度、樹高等。LAI是植被重要的生物物理參數和植物生態研究中的一個重要指標,它與生物量、植被長勢均密切相關。過去應用遙感方法估計森林LAI的研究主要局限于一些相對較寬的波段的多光譜數據,精度不高,原因之一是寬波段高光譜遙感數據中往往混有相當比例的非植物光譜,致使各種植被指數與LAI的關系不緊密,而這種非植物光譜在高光譜遙感中采用光譜微分技術可以得到有效抑制,從而提高遙感數據LAI的相關性。
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