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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構

2024-02-26

高光譜成像儀將成像技術和光譜技術結合在一起，在探測物體空間特征，同時對每個空間像元色散形成幾十個到上百個波段帶寬為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？本文簡單介紹了高光譜成像儀的原理和結構。

高光譜成像儀的原理

高光譜成像儀由光學系統(tǒng)、信號前端處理盒、數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)三部分組成，數(shù)據(jù)的回放及預處理，通過專用軟件在高性能的微機上完成。傳感器在可見光和近紅外區(qū)域可達數(shù)百個波段，而且測量結果以圖像方式表達出來，每一個像元均由光譜曲線組成，可以更為準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圖像中的每個像素都能提供一條幾乎連續(xù)的光譜曲線，其在待測物上獲得空間信息的同時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)信息可用來生成復雜模型，來進行判別、分類、識別圖像中的材料。

高光譜成像儀通過高光譜成像獲取待測物的高光譜圖像，包含了待測物的豐富的空間、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，同時也可能以其中某一像元或像元組為目標獲取它們的輻射強度以及光譜特征。輻射、影像與光譜是高光譜圖像中的3個重要特征，這3個特征的有機結合就是高光譜圖像。

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數(shù)值來體現(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對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，而偽彩顯示因為在成像系統(tǒng)中添加了RGB通道，工作人員在觀察的時候會更容易發(fā)現(xiàn)目標。

高光譜成像儀的數(shù)據(jù)分析

通過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，得到每個地物的連續(xù)光譜信息，從而實現(xiàn)依據(jù)地物光譜特征的地物成份信息反演與地物識別。高光譜成像儀高光譜數(shù)據(jù)是一個光譜圖像的立方體，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別算法是適用的信息挖掘技術。

2. 高光譜成像儀光譜維

從高光譜圖像的每一個像元中可以獲得一個”連續(xù)”的光譜曲線。采用基于光譜數(shù)據(jù)庫的“光譜匹配”技術，可以實現(xiàn)識別地物的目的。同時大多數(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成分是密切相關的，因此對光譜吸收特征參數(shù)（吸收波長位置、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與行為。研究發(fā)現(xiàn)，高光譜的高維空間是相當空的，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，從而有效地實現(xiàn)信息挖掘。

高光譜成像儀特點

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

1、高質(zhì)量數(shù)據(jù)

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

2、靈活性

高光譜成像儀可在飛機-通量塔-地面等不同尺度測量光譜數(shù)據(jù)并成像；可以進行定點長期連續(xù)測量，適應于各種應用環(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行野外移動式測量，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現(xiàn)垂直向下測量。還可以又通過多功能支架，高光譜成像儀即可實現(xiàn)360?掃描，使得野外操作極為便捷。