光譜成像儀的原理及應用?

讓我們一起來了解一下光譜成像是什麼吧!

高光譜遙感(HyperspectralRemote Sensing):全稱為高光譜解析度遙感,是指用很窄(l/100)而連續的光譜通道對地物持續遙感成像的技術。在可見光到短波紅外波段其光譜解析度高達納米(nm)數量級,通常具有波段多的特點,光譜通道數多達數十甚至數百個以上,而且各光譜通道間往往是連續的,因此高光譜遙感又通常被稱為成像光譜(Imaging Spectrometry)遙感。非點測量;每個像元可提取一條光譜曲線;且具有空間可識別性。
發展背景70年代末80年代初,在研究歸納各種地物光譜特徵的基礎上, 形成這樣一個概念:如果能實現連續的窄波段成像,那麼就有可能實現地面礦物的直接識別,由此產生了光譜和影象結合為一體的成像光譜技術。1983 年美國噴氣推進實驗室研製出第一臺航空成像光譜儀(AIS-1),隨後包括中國在內的許多國家都研製成功了一系列成像光譜儀,其中有以線陣探測器為基礎的光機掃描型,有以面陣探測器為基礎的固態推掃型,也有以面陣探測器加光機的並掃型。
效能引數和原理成像光譜儀主要效能引數是:(1)噪聲等效反射率差(NEΔp ),體現為信噪比(SNR);(2)瞬時視場角(IFOV),體現為地面解析度;(3)光譜解析度,直觀地表現為波段多少和波段譜寬。
高光譜解析度遙感資訊分析處理,集中於光譜維上進行影象資訊的展開和定量分析,其影象處理模式的關鍵技術有:⑴超多維光譜影象資訊的顯示,如影象立方體的生成;⑵光譜重建,即成像光譜資料的定標、定量化和大氣糾正模型與演算法,依此實現成像光譜資訊的影象-光譜轉換;⑶光譜編碼,尤其指光譜吸收位置、深度、對稱性等光譜特徵引數的演算法;⑷基於光譜資料庫的地物光譜匹配識別演算法;⑸混合光譜分解模型;⑹基於光譜模型的地表生物物理化學過程與引數的識別和反演演算法。
目前,高階的成像光譜儀採用了透射型體相全息衍射光柵,其在可見光到近紅外波段具有低雜散光、低吸收率特點;由於核心部分密封在玻璃或其它透明材質中,因此壽命長、容易清潔、抗刮檫,非常適合各種苛刻的野外的應用環境。
成像光譜儀工作方式主要為推掃式,為了實現掃描過程,一般利用外接掃描平臺帶動光譜儀執行;由於掃描平臺比較笨重,且增加了耗電量,給野外工作帶來諸多不便,所以現在最新型的成像光譜儀取消了掃描平臺,改為內建式掃描設計,光譜成像減輕了整機重量和能耗,而且可以直接進行垂直向下測量,更利於野外使用。
應用高光譜解析度成像光譜遙感起源於地質礦物識別填圖研究,逐漸擴充套件為植被生態、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大氣的研究中。
成像光譜儀在高光譜測量的基礎上,具有圖譜合一的優勢,可以精確到葉片一個點去探測作物不同脅迫症狀的特徵,又可獲取受脅迫作物面狀的光譜資訊,點面結合綜合地反映作物遭受脅迫的程度。所以,光譜成像已經成為國內外研究的熱點,學者們利用高光譜成像技術定量化地提取作物所遭受的各種脅迫特徵,根據高解析度的影象對葉片及葉片的區域性區域進行分析,從而在更加微觀的尺度上進行機理探測研究。

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