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高光譜成像儀的高光譜圖像有什么特點(diǎn)?

發(fā)布時(shí)間:2023-09-15
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高光譜成像儀?能夠同時(shí)獲得目標(biāo)對(duì)象的光譜數(shù)據(jù)及二維圖像,光譜數(shù)據(jù)能夠用來(lái)分析其內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分,而其形狀、大小和顏色等外在特征以及表面缺陷情況都能通過(guò)圖像顯示出來(lái),在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、生物以及食品檢測(cè)中有著廣泛應(yīng)用。本文對(duì)高光譜成像儀的成像原理及高光譜圖像的特點(diǎn)做了分析。

高光譜成像儀能夠同時(shí)獲得目標(biāo)對(duì)象的光譜數(shù)據(jù)及二維圖像,光譜數(shù)據(jù)能夠用來(lái)分析其內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分,而其形狀、大小和顏色等外在特征以及表面缺陷情況都能通過(guò)圖像顯示出來(lái),在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、生物以及食品檢測(cè)中有著廣泛應(yīng)用。本文對(duì)高光譜成像儀的成像原理及高光譜圖像的特點(diǎn)做了分析。

可見近紅外顯微高光譜成像儀

高光譜成像儀的成像原理:

高光譜成像儀作為高光譜成像系統(tǒng)中最重要的部件,能快速有效地采集到目標(biāo)對(duì)象的光譜以及圖像信息,其結(jié)構(gòu)元素包括聚焦透鏡、光柵光譜儀、準(zhǔn)直透鏡以及面陣型CCD探測(cè)器等。在采集被測(cè)樣本高光譜圖像的過(guò)程中,高光譜成像儀可以吸收樣本反射和透射后反在X軸上的分光,面陣CCD探測(cè)器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)被測(cè)樣本進(jìn)行光學(xué)焦平面垂直(Z軸)方向上的橫向推掃,接著就可以獲得被測(cè)樣本在條狀空間中每個(gè)像素點(diǎn)上所含的任一單波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的圖像信息。這時(shí)當(dāng)樣本在位移平臺(tái)上往返做橫向移動(dòng)時(shí),面陣CCD探測(cè)器就像掃帚掃地一樣,掃出樣本每條各不相同的帶狀移動(dòng)軌跡,進(jìn)而完成樣本的縱向掃描,再將樣本在整個(gè)橫向移動(dòng)的過(guò)程中通過(guò)縱向掃描獲得的全部信息融合在一起,最終就能夠得到被測(cè)樣本的三維光譜圖像數(shù)據(jù)塊。其成像原理如下圖所示。

高光譜成像原理示意圖

高光譜成像儀的高光譜圖像的特點(diǎn):

高光譜成像技術(shù)綜合了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)與近紅外光譜技術(shù)這兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì),它與前者相比,二者都可以獲取被測(cè)物體的圖像信息,但高光譜成像技術(shù)還可以獲取物體的光譜信息;與后者相比,其優(yōu)勢(shì)在于獲得的是物體的“面”信息,而近紅外光譜技術(shù)則是對(duì)物體“點(diǎn)”信息的獲取。

高光譜成像技術(shù)通過(guò)高光譜成像儀采集所有連續(xù)單波段的圖像數(shù)據(jù),在盡可能獲取更多的被測(cè)樣本信息的情況下,能夠更加高效準(zhǔn)確地檢測(cè)樣本的內(nèi)外部品質(zhì)。盡管它具有上述諸多優(yōu)勢(shì),難以避免還是存在不少問(wèn)題,包括數(shù)據(jù)量大、存在較多冗余、樣品模型通用性差等。

高光譜圖像可被看作是一個(gè)擁有著三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(由兩個(gè)空間軸及一個(gè)波長(zhǎng)軸構(gòu)成)的立方塊。高光譜圖像是將每一個(gè)像素點(diǎn)(x,y)對(duì)應(yīng)的完整光譜I(λ)簇集到一起形成的三維數(shù)據(jù)立方體I(x,y,λ)。而另一種方法,設(shè)定單獨(dú)波段A對(duì)應(yīng)的單色圖像為I(x,y),也可以把所有的A和對(duì)應(yīng)的I(x,y)堆疊形成的三維立方體I(x,y,λ)作為高光譜圖像。由此可見,高光譜圖像的處理能夠從多種角度上進(jìn)行考慮:已知像素點(diǎn)坐標(biāo)(x,y),在光譜域I(λ)中進(jìn)行光譜的處理;已知波段入,在空間域I(x,y)中進(jìn)行圖像的處理;同時(shí)將空間域與光譜域作為對(duì)象進(jìn)行處理。

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