高光谱检测申报书
四川农业大学
本科生科研兴趣培养计划项目申报书
项目名称基于高光谱图像技术的水果无损检测
项目负责人
学院
联系电话
申报日期2015年11月4日
四川农业大学制表
二、项目方案（具体方案、实施计划、可行性分析）
1.具体方案
1.1 苹果样本的高光谱图像的采集
样本的高光谱图像使用实验室GaiaSorter 高光谱分选仪得到的。如图 2-1 所示，该仪器由图像光谱仪，高性能 CCD 高光谱摄像头，200W的石英钨卤素灯和一套输送设备等组成。光谱摄仪覆盖的光谱范围是 400nm~1000nm，系统光谱额定分辨率为 2.8 nm，光谱采样点为0.65nm。
将苹果标号逐个将苹果放置于移动平台上，设定好物距、光源强度、镜头光圈度数、相机曝光时间、移动平台速度，以确保采集的图像清晰且不失真。进行采集得到全白的标定图像，再拧上镜头盖且关闭光源采集到全黑的标定图像，从而得到连续的一维影音以及实时的光谱信息。通过高光谱图像数据采集软件SpecView将获得一个包含了苹果影像信息和光谱信息的三维数据立方体。
1．2 降维处理
高光谱图像存在大量冗余信息，为分离出有效信息需进行降维处理。采用K-L变换这一特征提取的经典方法，采用多变量线性变换的方法对高维数据进行特征提取，产生一个按信噪比大小（minimum noise fraction，MNF）进行排列的低维子空间，消除图像之间的相关性，用几个主成分就可以代表原始数据中的大部分信息。将原来冗余的数据组成相互无关的数据，同时根据实际需要，从中选取较少的数据来代替原来的数据。
高光谱成像专业技术进展(光电检测专业技术大作业)
高光谱成像技术进展 Ｂy 1３0４０51０0xx 一．高光谱成像技术的简介 高光谱成像技术的出现是一场革命，尤其是在遥感界。它使本来在宽波段不可探测的物质能够被探测,其重大意义已得到世界公认。高光谱成像技术光谱分辨率远高于多光谱成像技术,因此高光谱成像技术数据的光谱信息更加详细，更加丰富,有利于地物特征分析。有人说得好，如果把多光谱扫描成像的MSＳ（mulｔi-specｔral sｃannｅｒ)和TM（thｅｍatｉc mapｐeｒ）作为遥感技术发展的第一代和第二代的话, 那么高光谱成像( hｙｐｅｒspeｃtral iｍaｇeｒｙ) 技术则是第三代的成像技术。 高光谱成像技术的具体定义是在多光谱成像的基础上，从紫外到近红外(2００－2500nm）的光谱范围内,利用成像光谱仪,在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谐波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。 （一）高光谱成像系统的组成和成像原理 而所谓高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道,例如:我们可以把400nm-100０nm分为３00个通道。因此，通过高光谱设备获取到的是一个数据立方,不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开,结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。 目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。下面分别介绍下以下几种类别： （1）光栅分光光谱仪 空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光,形成一个谱带,照射到探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫,完成整个平面的图像和光谱数据采集。如下
高光谱成像检测技术
高光谱成像检测技术 一、高光谱成像技术的简介 高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术，其最突出的应用是遥感探测领域，并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术，是传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。 高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上，在从紫外到近红外（200-2500nm）的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。 高光谱成像技术具有超多波段（上百个波段）、高的光谱分辨率（几个nm）、波段窄（≤10-2λ）、光谱范围广（200-2500nm）和图谱合一等特点。优势在于采集到的图像信息量丰富，识别度较高和数据描述模型多。由于物体的反射光谱具有“指纹”效应，不同物不同谱，同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。 二、高光谱成像系统的组成和成像原理 高光谱成像技术的硬件组成主要包括光源、光谱相机（成像光谱仪+CCD）、装备有图像采集卡的计算机。光谱范围覆盖了200-400nm、400-1000nm、900-1700 nm、1000-2500 nm。 CCD 光源光栅光谱仪成像镜头
光谱相机的主要组成部分有：准直镜、光栅光谱仪、聚焦透镜、面阵CCD。 高光谱成像仪的扫描过程：面阵CCD探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描（X方向），横向排列的平行光垂直入射到透射光栅上时，形成光栅光谱。这是一列像元经过高光谱成像仪在CCD上得到的数据。它的横向是X方向上的像素点，即扫描的一列像元；它的纵向是各像元所对应的光谱信息。 同时，在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（Y方向）。
分子荧光光谱法实验报告
分子荧光光谱法实验报告 一、实验目的 1.掌握荧光光度计的基本原理及使用。 2.了解荧光分光光度计的构造和各组成部分的作用。 3.掌握分子荧光光度计分析物质的特征荧光光谱：激发光谱、发射光谱的测定方法。 4.了解影响荧光产生的几个主要因素。 5.学会运用分子荧光光谱法对物质进行定性和定量分析。 二、实验原理 原子外层电子吸收光子后，由基态跃迁到激发态，再回到较低能级或者基态时，发射出一定波长的辐射，称为原子荧光。对于分子的能级激发态称为分子荧光，平时所说的荧光指分子荧光。 具有不饱和基团的基态分子经光照射后，价电子跃迁产生荧光，是当电子从第一激发单重态S1的最低振动能级回到基态S0各振动能级所产生的光辐射。 (1)激发光谱 是指发光的某一谱线或谱带的强度随激发光波长(或频率)变化的曲线。横坐标为激发光波长，纵坐标为发光相对强度。 激发光谱反映不同波长的光激发材料产生发光的效果。即表示发光的某一谱线或谱带可以被什么波长的光激发、激发的本领是高还是低；也表示用不同波长的光激发材料时，使材料发出某一波长光的效
率。荧光为光致发光，合适的激发光波长需根据激发光谱确定——激发光谱是在固定荧光波长下，测量荧光体的荧光强度随激发波长变化的光谱。获得方法：先把第二单色器的波长固定，使测定的λem不变，改变第一单色器波长，让不同波长的光照在荧光物质上，测定它的荧光强度，以I为纵坐标，λex为横坐标所得图谱即荧光物质的激发光谱，从曲线上找出λex，，实际上选波长较长的高波长峰。 (2)发射光谱 是指发光的能量按波长或频率的分布。通常实验测量的是发光的相对能量。发射光谱中，横坐标为波长，纵坐标为发光相对强度。 发射光谱常分为带谱和线谱，有时也会出现既有带谱、又有线谱的情况。发射光谱的获得方法：先把第一单色器的波长固定，使激发的λex不变，改变第二单色器波长，让不同波长的光扫描，测定它的发光强度，以I为纵坐标，λem为横坐标得图谱即荧光物质的发射光谱;从曲线上找出最大的λem。 (3)荧光强度与荧光物质浓度的关系 用强度为I0的入射光，照射到液池内的荧光物质时，产生荧光，荧光强度If用仪器测得，在荧光浓度很稀(A 三、实验试剂和仪器试剂：罗丹明B乙醇溶液；1-萘酚乙醇溶液；3,3’-Diethyloxadicarbocyanine iodide：标准溶液，10μg/ml, 20μg/ml,30μg/ml,40μg/ml和未知浓度；蒸馏水；乙 醇。 仪器：Fluoromax-4荧光分光光度计；1cm比色皿；
高光谱图像分辨率增强及在小目标检测中的应用研究
高光谱图像分辨率增强及在小目标检测中的应用研究 高光谱遥感是在测谱学基础上逐渐发展起来的新型遥感技术,除了空间图像信息外,其所具有的精细光谱信息,克服了宽波段遥感探测的局限,被广泛应用于多种领域,成为对地观测最重要的信息源之一。但由于成像原理与制造技术等因素的限制,高光谱图像的空间分辨率相对较低,给进一步应用,如特定目标的检测识别带来一系列的问题。 为此,论文分别从信息融合和混合像素分解角度研究了高光谱图像的分辨率增强方法,旨在提高基于图谱结合的高光谱图像目标检测的性能。论文首先对遥感成像中涉及到的电磁波理论进行简单的介绍,分析了遥感图像的空间分辨率与光谱分辨率间的关系,即随着光谱分辨率的增加,在CCD等性能参数不变下,遥感图像的空间分辨率下降的原理。 并在介绍了高光谱图像特性的基础上,对PCA、MNF及LDA变换的降维算法的原理进行了分析,研究其各种算法的特点及应用范围。降维算法是重要的高光谱图像预处理技术,这一部分的工作为后文的开展打下一个基础。 然后对常用的高光谱图像目标检测算法进行了介绍。通过对支持向量数据描述的研究,分析并验证了其单类分类的性能及其适用范围;针对传统纯像素目标检测算法大部分无法解决目标与背景样本数量不平衡的问题,论文提出了基于SVDD的高光谱图像目标检测算法,把目标检测问题转化为单类分类问题。 实验结果表明,与经典的光谱角度制图和有约束能量最小化算法相比,该算法仅需要较少的目标类训练样本就可以得到与前两者相近的检测结果,当增加背景样本时,本文方法可以将目标更容易的从背景中分离出来,为利用空间信息进一步检测提高了便利,使最终的检测结果优于上述两种算法。针对空间分辨率的
高光谱成像检测技术.
高光谱成像检测技术 、高光谱成像技术的简介 高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术, 其最突出的应用是遥感探测领域, 并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。 它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。 技术,是高光谱成像 技术的定义是在多光谱成像的基础上,在从紫外到近红外（200-2500nm 的光谱范围内,利用成像光谱仪,在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成 像。在获得物体空间特征成像的同时, 也获得了被测物体的光谱信息。 高光谱成像技术具有超多波段（上百个波段、高的光谱分辨率（几个nm 、波 段窄（＜1-2入光谱范围广（200-2500nm和图谱合一等特点。优势在于采集到的图像信息量丰富, 识别度较高和数据描述模型多。由于物体的反射光谱具有“指纹” 效应, 不同物不同谱, 同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。、高光谱成像系统的组成和成像原理 高光谱成像技术的硬件组成主要包括光源、光谱相机（成像光谱仪+CCD 、装备有图像采集 卡的计算机。光谱范围覆盖了200-400nm 、400-1000nm 、900-1700 nm 、1000-2500 nm。
CC D 朮源「一光栅壯谱以 —a I \、 「维电移台 . 样品 A CCD。 光谱相机的主要组成部分有：准直镜、光栅光谱仪、聚焦透镜、面阵
高光谱成像仪的扫描过程：面阵CCD探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描（X方向，横向排列的平行光垂直入射到透射光栅上时，形成光栅光谱。这是一列像元经过高光谱成像仪在CCD上得到的数据。它的横向是X方 向上的像素点，即扫描的一列像元；它的纵向是各像元所对应的光谱信息。 同时,在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（丫方向。 1\ 综合横纵扫描信息就可以得到样品的三维高光谱图像数据。
光谱分析实验报告
. 1 实验报告 课程名称： 材料科学基础实验 指导老师： 乔旭升 成绩： 实验名称： 光谱分析 实验类型： 同组学生： 一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得 二、实验容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填）一、实验目的 通过本实验了解紫光/可见光光度计、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR ）和荧光光谱仪的基本原理、主要用途和实际操作过程。掌握玻璃透光率、薄膜吸收光谱、固体粉末红外光谱和固 体发光材料荧光光谱的测试方法。学习分析影响测试结果的主要因素。 二、实验原理 电磁波可与多种物质相互作用。如果这种作用导致能量从电磁波转移至物质，就称为吸收。当光波与某一受体作用时，光子和接受体之间就存在碰撞。光子的能量可被传递给接受体而被吸收，由此产生吸收光谱。通常紫外和可见光的能量接近于某两个电子能级地能量差，故紫外与可见光吸收光谱起源于价电子在电子能级之间的跃迁，又称为电子光谱。 当一束平行单色光照射到非散射的均匀介质时，光的一部分将被介质所反射，一部分被介质吸收，一部分透过介质。如果入射光强度为I0.反射光强度为Ir ，吸收光强度为Ia ，透过光强度为It ，则有I0=Ir+Ia+It 投射光强度与入射光强度之比称为透光率 T=It/I0 当一束具有连续波长的红外光照射某化合物时，其分子要吸收一部分光能转变为分子的震专业： 材料0902 姓名： 王应恺 学号： 3090100481 日期： 11.29 地点： 曹楼230 装 订 线
动能量或转动能量。此时若将其透过的光用单色器进行色散，就可得到一带暗条的谱带。以红外光的波长或波数为横坐标，以吸收率或者透过率百分数为纵坐标，把该谱带记录下来，就可得到该化合物的红外吸收光谱图。不同的化合物均有标准特征谱，将实验所得的光谱与标准谱对照，就可进行分子结构的基础研究和化合组成的分析。可由吸收峰的位置和形状来推知被测物的结构，按照特征峰的强度来测定混合物中各组分的含量。 当分子吸收来自光辐射的能量后，其本身就由处于稳定的基态跃迁至不稳定的激发态：M+hν→。激发态是不稳定的，寿命极短，激发态分子会迅速以向周围散热或再发射电磁波（荧光或磷光）的方式回到基态：→M+荧光（或磷光）。任何能产生荧光（或磷光） 的物质都具有两个特征光谱：激发光谱和发射光谱。 激发光谱：荧光（或磷光）为光致发光，因此必须选择合适的激发光波长，这可通过激发光谱曲线来确定。选择荧光（或磷光）的最大发射波长为测量波长（监控波长），改变激发光的波长，测量荧光强度变化。以激发光波长为横坐标，荧光强度为纵坐标作图，即可获得激发光谱。激发光谱形状与吸收光谱形状极为相似，经校正后的激发光谱与吸收光谱不仅形状相同，而且波长位置一致。这是因为物质吸收能量的过程就是激发过程。 发射光谱：将激发波长固定在最大激发波长处，然后扫描发射波长，测定不同波长处的荧光（或磷光）强度，即可得到荧光（或磷光）发射光谱。 三、仪器简介 1．紫外/可见光分光光度计 PE公司的Lambda20双光束紫外/可见光分光光度计，测量光谱围190-1100nm；杂散光0.01%T；波长精度0.1nm；最高扫描速度2880nm/min。该仪器的整个操作过程可完全由计算机控制，随机提供的UV-Winlab窗口式操作软件，使样品测试、结果处理、图形变换
高光谱图像分类
《机器学习》课程项目报告 高光谱图像分类 ——基于CNN和ELM 学院信息工程学院 专业电子与通信工程 学号 35 学生姓名曹发贤 同组学生陈惠明、陈涛 硕士导师杨志景 2016 年 11 月
一、项目意义与价值 高光谱遥感技术起源于 20 世纪 80年代初，是在多光谱遥感技术基础之上发展起来的[1]。高光谱遥感能够通过成像光谱仪在可见光、近红外、短波红外、中红外等电磁波谱范围获取近似连续的光谱曲线，将表征地物几何位置关系的空间信息与表征地物属性特征的光谱信息有机地融合在了一起，使得提取地物的细节信息成为可能。随着新型成像光谱仪的光谱分辨率的提高，人们对相关地物的光谱属性特征的了解也不断深入，许多隐藏在狭窄光谱范围内的地物特性逐渐被人们所发现，这些因素大大加速了遥感技术的发展，使高光谱遥感成为 21 世纪遥感技术领域重要的研究方向之一。 在将高光谱数据应用于各领域之前，必须进行必要的数据处理。常用的数据处理技术方法包括：数据降维、目标检测、变化检测等。其中，分类是遥感数据处理中比较重要的环节，分类结果不但直接提取了影像数据有效信息，可以直接运用于实际需求中，同时也是实现各种应用的前提，为后续应用提供有用的数据信息和技术支持，如为目标检测提供先验信息、为解混合提供端元信息等。 相对于多光谱遥感而言，由于高光谱遥感的波谱覆盖范围较宽，因此我们可以根据需要选择特定的波段来突显地物特征，从而能够精确地处理地物的光谱信[2]。目前，许多国家开展大量的科研项目对高光谱遥感进行研究，研制出许多不同类型的成像光谱仪。高光谱遥感正逐步从地面遥感发展到航空遥感和航天遥感，并在地图绘制、资源勘探、农作物监测、精细农业、海洋环境监测等领域发挥重要的作用。
利用高光谱图像技术检测水果轻微损伤
高光谱图像技术检测苹果轻微损伤 摘要 传统的近红外光谱分析法和可见光图像技术应用于水果品质无损检测 中存在的检测区域小、检测时间长、仅能检测表面情况等局限性。提出了 利用高光谱图像技术检测水果轻微损伤的方法。试验以苹果为研究对象, 利 用 500~ 900nm范围内的高光谱图像数据, 通过主成分分析提取 547nm 波长 下的特征图像, 然后设计不均匀二次差分消除了苹果图像亮度分布不均匀 的影响, 最后通过合适的数字图像处理方法提取苹果的轻微损伤。 关键词: 无损检测苹果高光谱图像检测轻微损伤 引言 水果在采摘或运输过程中, 因外力的作用使其表皮受到机械损伤, 损伤处 表皮未破损, 伤面有轻微，色稍变暗, 肉眼难于觉察。受水果色泽的影响, 传统的计算机视觉技术不能对轻微损伤加以检测。但是轻微损伤是水果在线检测的主要指标之一, 随着时间的延长, 轻微损伤部位逐渐褐变, 最终导致整个果实腐 烂并影响其他果实。因此, 水果轻微损伤的快速有效检测是目前研究的难点和热点之一。虽然轻微损伤和正常区域在外部特征上呈现出极大的相似性, 但是损伤区域的内部组织发生一定的变化, 这种变化可以通过特定波长下的光谱表现出来。 当前, 一种能集成光谱检测和图像检测优点的新技术。高光谱图像技术正好能满足水果表面轻微损伤检测的需要。高光谱图像技术是光谱分析和图像处理在最低层面上的融合技术, 可以对研究对象的内外部特征进行可视化分析。在国内, 高光谱图像技术在农畜产品品质检测的应用还没有相关的文献报道; 在国外, 近几年来有部分学者将该技术应用于肉类和果蔬类的品质检测上。 本文采用高光谱图像技术对水果表面轻微损伤检测进行研究, 并通过合适 的数据处理方法寻找到最能准确辨别水果表面损伤的特征波长下的图像, 为实 现高光谱图像技术对水果轻微损伤的在线检测提供依据。 1 高光谱图像基本原理 高光谱图像是在特定波长范围内由一系列波长处的光学图像组成的三维图 像块。图 1 为苹果的高光谱图像三维数据块示意图。图中, x 和y 表示二维平面坐标轴, K表示波长信息坐标轴。可以看出,高光谱图像既具有某个特定波长 下的图像信息,并且针对 xy 平面内某个特定像素又具有不同波长下的光谱n
光谱分析 实验报告
实验报告 课程名称： 材料科学基础实验 指导老师： 乔旭升 成绩： 实验名称： 光谱分析 实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得 二、实验内容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填）一、实验目的 通过本实验了解紫光/可见光光度计、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR ）和荧光光谱仪的基本原理、主要用途和实际操作过程。掌握玻璃透光率、薄膜吸收光谱、固体粉末红外光谱和固体发光材料荧光光谱的测试方法。学习分析影响测试结果的主要因素。 二、实验原理 电磁波可与多种物质相互作用。如果这种作用导致能量从电磁波转移至物质，就称为吸收。当光波与某一受体作用时，光子和接受体之间就存在碰撞。光子的能量可被传递给接受体而被吸收，由此产生吸收光谱。通常紫外和可见光的能量接近于某两个电子能级地能量差，故紫外与可见光吸收光谱起源于价电子在电子能级之间的跃迁，又称为电子光谱。 当一束平行单色光照射到非散射的均匀介质时，光的一部分将被介质所反射，一部分被介质吸收，一部分透过介质。如果入射光强度为I0.反射光强度为Ir ，吸收光强度为Ia ，透过光强度为It ，则有I0=Ir+Ia+It 投射光强度与入射光强度之比称为透光率 T=It/I0 当一束具有连续波长的红外光照射某化合物时，其分子要吸收一部分光能转变为分子的震动能量或转动能量。此时若将其透过的光用单色器进行色散，就可得到一带暗条的谱带。以红外光的波长或波数为横坐标，以吸收率或者透过率百分数为纵坐标，把该谱带记录下来，就可得到该化合物的红外吸收光谱图。不同的化合物均有标准特征谱，将实验所得的光谱与标准谱对照，就可进行分子结构的基础研究和化合组成的分析。可由吸收峰的位置和形状来推知被测物的结构，按照特征峰的强度来测定混合物中各组分的含量。 当分子吸收来自光辐射的能量后，其本身就由处于稳定的基态跃迁至不稳定的激发态： M+h ν→。激发态是不稳定的，寿命极短，激发态分子会迅速以向周围散热或再发射电磁波（荧光或磷光）的方式回到基态： →M+荧光（或磷光）。任何能产生荧光（或磷光）的物质都具有两个特征光谱：激发光谱和发射光谱。 激发光谱：荧光（或磷光）为光致发光，因此必须选择合适的激发光波长，这可通过激发
高光谱图像的异常目标检测及亚像元定位研究
硕士学位论文 高光谱图像的异常 目标检测及亚像元定位研究 RESEARCH ON ANOMALY TARGET DETECTION AND SUBPIXEL MAPPING IN HYPERSPECTRAL IMAGERY 朱凤阳 哈尔滨工业大学 2009年6月
国内图书分类号：TN911.73 学校代码：10213 国际图书分类号：621.3 密级：公开 硕士学位论文 高光谱图像的异常 目标检测及亚像元定位研究 硕士研究生：朱凤阳 导 师：张钧萍教授 申请学位：工学硕士 学科：信息与通信工程 所在单位：电子与信息工程学院 答辩日期：2009年6月 授予学位单位：哈尔滨工业大学
Classified Index: TN911.73 U.D.C.: 621.3 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON ANOMALY TARGET DETECTION AND SUBPIXEL MAPPING IN HYPERSPECTRAL IMAGERY Candidate:Zhu Fengyang Supervisor:Prof. Zhang Junping Academic Degree Applied for:Master of Engineering Specialty:Information and Communication Engineering Affiliation: School of Electronics and Information Engineering Date of Defence: June, 2009 Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of Technology
高光谱成像国内外研究与应用
前言 随着科学技术的发展，人们的感官得到了延伸，认识事物的能力也不断的提高，其中光谱成像和雷达成像成为其中的佼佼者，高谱和图像使人们能够在大千世界更好的认识到事物。高光谱成像技术作为一项优点显著，实用的成像技术，从20世纪80年代开始得到了世界各国的重视，经过深入的研究和发展如今已经被广泛地应用于各个领域。 高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域,它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命,它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质,在高光谱遥感中能被探测。 高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，其中最突出的应用是在遥感探测领域，并在民用领域有着更大的应用前景。 本文通过分析介绍高光谱图像的成像原理，探讨了高光谱图像在国内外发展现状及其应用。
1.高光谱图像成像原理及特点 1.1高光谱遥感基本概念 高光谱遥感是通过高光谱传感器探测物体反射的电磁波而获得地物目标的空间和频谱数据，成立于20世纪初期的测谱学就是它的基础。高光谱遥感的出现使得许多使用宽波段无法探查到的物体，更加容易被探测到，所以高光谱遥感的出现时成功的是革命性的。 1.2高光谱图像成像原理 光源相机（成像光谱仪+ccd）装备有图像采集卡的计算机是高光谱成像技术的硬件组成，其光谱的覆盖范围为200-400nm，400-1000nm，900-1700nm，1000-2500nm。其中光谱相机的主要组成部分为准直镜，光栅光谱仪，聚焦透镜以及面阵ccd。 其扫描过程是当ccd探测器在光学焦面的垂直方向上做横向扫描（x），当横向的平行光垂直入射到投身光栅是就形成了光栅光谱，这是象元经过高光谱仪在ccd上得出的数据，它的横向式x方向上的像素点也就是扫描的象元，它的总想是各象元对应的信息。在检测系统输送前进是排列的他测器完成纵向扫面（y）。综合扫描信息即可得到物体的三围高光谱数据。 1.3高光谱遥感的特点 （1）波段多且宽度窄能够使得高光谱遥感探测到别的宽波段无法探测到的物体。 （2）光谱响应范围更广和光谱分辨率高使得它能够更加精细的发硬出被探测物的微小特征。 （3）它可以提供空间域和光谱域信息也就是“谱像合一”。 （4）数据量大和信息冗余多，由于高光谱数据的波段多，其数据量大，而且和相邻波段的相关性比较高就使得信息冗余度增加很多。 （5）高光谱遥感的数据描述模型多能够分析的更灵活。经常使用的3种模型有：图像，光谱和特征模型。 1.4高光谱的优势 随着高光谱成像的光谱分辨率的提高，其探测能力也有所增强。因此，与全色和多光谱成像相比较，高光谱成像有以下显著优著: (1)有着近似连续的地物光谱信息。高光谱影像在经过光谱反射率重建后，能获取与被探测物近似的连续的光谱反射率曲线，与它的实测值相匹配，将实验室中被探测物光谱分析模型应用到成像过程中。 (2)对于地表覆盖的探测和识别能力极大提高。高光谱数据能够探测具有诊断性光谱
光谱报告格式
（项目名称） 光谱分析报告 第页，共页单项工程名称：单项工程编号： 单位工程名称单位工程编号 委托单位委托编号 接收日期试验编号PJZH- 检测部位仪器型号/编号SPECTROTESTTXC02分析执行标准GB/T4336-2002 分析情况 试样名称（编号）规格材质 产品标 准代号 检测结果（%）备 注 C Si Mn P S Cr Ni Mo / / / / / / / / / / / / / / / 备注：1.主要元素含量的检测结果符合委托材质的标准含量要求。 2.分析结果依据光谱分析仪直读数据。 3.分析结果只对被检件部位负责。 试验人： 年月日审核人： 年月日 技术负责人： 年月日 检测单位：（公章） 年月日
（项目名称） 光谱分析报告 第页，共页单项工程名称：单项工程编号： 单位工程名称单位工程编号 委托单位委托编号 接收日期试验编号PJZH-检测部位仪器型号/编号X-MET7000分析执行标准ASTMA751 分析情况 试样名称（编号）规格材质 产品标准 代号 检测结果（%） 备注 Cr Ni Mo / / / / / / / / / / / / / / / 备注：1.主要元素含量的检测结果符合委托材质的标准含量要求。 2.分析结果依据光谱分析仪直读数据。 3.分析结果只对被检件部位负责。 试验人： 年月日审核人： 年月日 技术负责人： 年月日 检测单位：（公章） 年月日
（项目名称） 光谱分析报告（续表） 第页，共页单项工程名称：单项工程编号： 单位工程名称单位工程编号 委托单位试验编号PJZH- 管线(设备)编号检测标准/合格等级X-MET7000 试验情况 试样名称（编号）规格 (mm) 材质 产品标准 代号 检测结果（%） 备注 Cr Ni Mo 备注：主要元素含量的检测结果符合委托材质的标准含量要求。 试验人： 年月日审核人： 年月日 技术负责人： 年月日 检测单位：（公章） 年月日
机器视觉之高光谱成像技术分析
高光谱成像技术 高光谱成像技术起源于地质矿物识别填图研究，逐渐扩展为植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大气的研究中。对空间探测、军事安全、国土资源、科学研究等领域都具有非常重要的意义。 所谓高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。因此，通过高光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。 目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。 原理： 光栅分光原理： 在经典物理学中，光波穿过狭缝、小孔或者圆盘之类的障碍物时，不同波长的光会发生不同程度的弯散传播，再通过光栅进行衍射分光，形成一条条谱带。也就是说：空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。 经过狭缝的光由于不同波长照射到不同的探测器像元上，光能量很低，因此需要选择高灵敏相机，同时需要加光源。例如系统如下：
声光可调谐滤波分光(AOTF)原理： AOTF由声光介质、换能器和声终端三部分组成。射频驱动信号通过换能器在声光介质内激励出超声波。改变射频驱动信号的频率，可以改变AOTF衍射光的波长，从而实现电调谐波长的扫描。 最常用的AOTF晶体材料为TeO2即非共线晶体，也就是说光波通过晶体之后以不同的出射角传播。如上图所示：在晶体前端有一个换能器，作用于不同的驱动频率，产生不同频率的振动即声波。不同的驱动频率对应于不同振动的声波，声波通过晶体TeO2之后，使晶体中晶格产生了布拉格衍射，晶格更像一种滤波器，使晶体只能通过一种波长的光。光进入晶体之后发生衍射，产生衍射光和零级光。 l AOTF系统组成： AOTF系统组成：成像物镜+准直镜+偏振片+晶体+偏振片+物镜+detector，入射光经过物镜会聚之后进入准平行镜(把所有的入射光变成平行光)，准平行光进入偏振片通过同一方向的传播的光，平行光进入晶体之后，平行于光轴的光按照原来方向前行，非平行光进行衍射，分成两束相互垂直o光和e光(入射光的波长不同经过晶体之后的o光与e光的角度也不同，因此在改变波长的过程中，图像会出现漂移);o 光和e光及0级光分别会聚在不同的面上。
红外光谱实验报告
红外光谱实验报告 一、实验原理： 1、红外光谱法特点： 由于许多化合物在红外区域产生特征光谱，因此红外光谱法广 泛应用于这些物质的定性和定量分析，特别是对聚合物的定性 分析，用其他化学和物理方法较为困难，而红外光谱法简便易 行，特别适用于聚合物分析。 2、红外光谱的产生和表示 红外光谱定义：分子吸收红外光引起的振动能级跃迁和转动能级跃 迁而产生的吸收信号。 分子发生振动能级跃迁需要的能量对应光波的红外区域分类为： i.近红外区：10000-4000cm-1 ⅱ.中红外区：4000-400cm-1——最为常用，大多数化合物的化键振 动能级的跃迁发生在这一区域。 ⅲ.远红外区：400-10cm-1 产生红外吸收光谱的必要条件： 1）分子振动：只有在振动过程中产生偶极矩变化时才能吸收红外辐射。 ⅰ.双原子分子的振动：（一种振动方式）理想状态模型——把两个 原子看做由弹簧连接的两个质点，用此来 描述即伸缩振动；
图1 双原子分子的振动模型 ⅱ.多原子分子的振动：（简正振动，依据键长和键角变化分两大类） 伸缩振动：对称伸缩振动 反对称伸缩振动 弯曲振动：面内弯曲：剪切式振动 （变形振动）平面摇摆振动 面外弯曲振动：扭曲振动 非平面摇摆振动 ※同一种键型，不对称伸缩振动频率大于对称伸缩振动频率，伸缩振动频率大于弯曲振动频率。 ※当振动频率和入射光的频率一致时，入射光就被吸收，因而同一基团基本上总是相对稳定地在某一特定范围内出现吸收峰。ⅲ.分子振动频率： 基频吸收（强吸收峰）：基态到第一激发态所产生分子振动 的振动频率。 倍频吸收（弱吸收峰）：基态到第二激发态，比基频高一倍 处弱吸收，振动频率约为基频两倍。 组频吸收（复合频吸收）：多分子振动间相互作用，2个或
基于扩展数学形态学的高光谱亚像元目标检测_英文_刘畅
第44卷第10期红外与激光工程2015年10月Vol.44No.10Infrared and Laser Engineering Oct.2015 Hyperspectral subpixel target detection based on extended mathematical morphology Liu Chang,Li Junwei (Science and Technology on Optical Radiation Laboratory,Beijing100854,China) Abstract:A hyperspectral subpixel target detection algorithm was proposed based on extended mathematical morphology and spectral angle mapping.The spectral and spatial information had been used to locate and detect targets under the condition that prior knowledge of targets and background was unknown.Then hyperspectral subpixel targets was detected and recognized.The extended mathematical morphological erosion and dilation operations were performed respectively to extract endmembers.The spectral angle mapping method was used to detect and recognize interested targets.The hyperspectral image collected by AVIRIS was applied to evaluate the proposed algorithm.The proposed algorithm was compared with SAM algorithm and RX algorithm by a specifically designed experiment.From the results of the experiments,it is illuminated that the proposed algorithm can detect subpixel targets with low false alarm rate and its performance is better than that of the other algorithms under the same condition. Key words:extended mathematical morphology;spectral angle mapping;hyperspectral image endmember extraction;subpixel target detection CLC number:TP751Document code:A Article ID:1007-2276(2015)10-3141-07 基于扩展数学形态学的高光谱亚像元目标检测 刘畅，李军伟 (光学辐射重点实验室，北京100854) 摘要：提出了一种基于扩展数学形态学和光谱角度匹配相结合的高光谱亚像元目标检测算法。在目标与背景未知的情况下，同时利用光谱和空间信息实现目标的定位与检测，实现高光谱亚像元目标的检测识别。通过扩展的形态学膨胀和腐蚀运算实现端元提取，采用光谱角度匹配算法进行感兴趣目标的检测识别。算法性能通过AVIRIS数据进行评价，与仅利用光谱角度匹配的算法和RX异常检测算法进行比较。实验证明，所提出的算法性能优于其他两种算法，具有低虚警率的亚像元目标检测结果。 关键词：扩展数学形态学；光谱角度匹配；高光谱图像；端元提取；亚像元目标检测 收稿日期：2015-02-20；修订日期：2015-03-28 作者简介：刘畅(1988-)，男，工程师，硕士，研究方向为高光谱目标特性技术和光谱数据处理技术等。Email:531093626@https://www.360docs.net/doc/4e7623055.html,
高光谱成像技术进展(光电检测技术大作业)
高光谱成像技术进展 By 130405100xx 一．高光谱成像技术的简介 高光谱成像技术的出现是一场革命，尤其是在遥感界。它使本来在宽波段不可探测的物质能够被探测，其重大意义已得到世界公认。高光谱成像技术光谱分辨率远高于多光谱成像技术，因此高光谱成像技术数据的光谱信息更加详细,更加丰富,有利于地物特征分析。有人说得好，如果把多光谱扫描成像的MSS ( multi-spectral scanner) 和TM( thematic mapper) 作为遥感技术发展的第一代和第二代的话, 那么高光谱成像( hyperspectral imagery) 技术则是第三代的成像技术。 高光谱成像技术的具体定义是在多光谱成像的基础上，从紫外到近红外（200-2500nm）的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谐波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。 （一）高光谱成像系统的组成和成像原理 而所谓高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。因此，通过高光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。 目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。下面分别介绍下以下几种类别： （1）光栅分光光谱仪 空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。
基于高光谱技术的葡萄糖度无损检测方法研究
基于高光谱技术的葡萄糖度无损检测方法研究 发表时间：2018-11-13T20:07:56.373Z 来源：《电力设备》2018年第20期作者：吕茁源[导读] 摘要：葡萄作为世界十大水果之一，其种植面积和年生产量始终处于世界水果生产前列。 （北京四中） 摘要：葡萄作为世界十大水果之一，其种植面积和年生产量始终处于世界水果生产前列。在2015年，中国以1260万吨的葡萄产量（含鲜食葡萄），成为世界第一大葡萄生产国（占全球总量的 17%），逐渐从原来传统的农业与工业混合型朝着现代农业转型。但与世界发达国家相比，中国葡萄的优质化、标准化生产以及市场运作还处于初级阶段，葡萄浆果的产后处理，品质鉴别检测一直是农产品加工研究的重要课题。目前我国葡萄含糖量测试方法是从每穗摘取1至3粒葡萄，获得葡萄汁再进行糖度的测量，这样的方法耗时耗力，还会对葡萄造成损伤，并且不能满足现代农业生产的需求。本课题采用可见——近红外光谱技术，实现葡萄的无损糖度测量。 关键词：特征光谱，光谱鉴别，糖度分析 一、引言 国外非常重视水果产后的商品化处理，所有果品上市前必须经过分选包装线，根据超市要求，对果品进行严格分选和包装，常年满足超市的供货需求。在澳大利亚太平洋世纪集团的一个农场里所出的水果，无论是葡萄、柑橘、柠檬，还是荔枝等等，百分之百都经过水果加工的生产线进行预冷、清洗、挑选、杀虫、杀菌、打蜡、分选、包装冷藏后再推向市场，因而他们的葡萄在市场上可以卖到300至600元/箱，而新疆的“红地球葡萄”在市面上也只能卖至70至150元/箱，其价格相差5至6倍[1]。 葡萄浆果的含糖量是葡萄品质评定的重要指标,尤其在作为酿酒原料时，由于要适应葡萄酒的种类及其酿造工艺，对葡萄浆果的含糖量要严格控制。传统的葡萄浆果含糖量的检测方法是从每穗摘取1至3粒葡萄，取一定数量的浆果以获得250mL左右的葡萄汁再进行含糖量的测定，这样的测量方式耗时费力，对葡萄进行损伤，易造成样本变质，人为误差较大。利用近红外光谱分析技术具有快速、非破坏性、无需前期处理以及多组分类同时定量分析、测试等优势。可充分利用全谱或多谱长下的光谱数据进行定性和定量分析[2-3]。另外，快速无损的糖度检测方法给工业化、无人化农业生产提供了可能。果农可通过数据实时监测水果的成熟情况，从而科学地种植、采摘甚至运输，大幅度地降低生产、运输损耗，提高生产效率，降低生产成本。 二、近红外光谱分析技术发展现状 无损检测技术是在不损坏被检测对象的性质和使用效果的前提下，以光学、化学、声学、电学、物理、图像视觉等方法为手段，借助先进的技术和设备[3]，对物体表面与内部的结构、性质、状态进行检查或测试的一种检测手段，经过国内外研究人员不断地深入研究，无损检测技术正逐步与高精度化、低辐射化、智能化、信息化接轨[1]。近年来，现代光纤通讯技术飞速发展，带动小型化的半导体激光器LD，发光二极管LED等新型光源器件不断涌现，为开发小型化的专用水果糖度检测仪器提供了技术支持[2]。通过可见光近红外光谱技术对水果的检测也在不断地发展和拓展，在越来越多种的水果种植中提供生产信息[4]。 三、可见光——近红外光谱技术对葡萄的检测方法 （一）选定实验器材。实验中选用钨灯作为光源，将波长量程在390-1100nm左右的光谱仪和折光糖度仪作为实验仪器使用。 （二）选定实验材料。考虑到季节因素，所测试时间为冬季，选用市场上的的四种提子，表皮颜色不同，分别为青提、黑提、红提和小红提。将新鲜的样品储存在冰箱中，实验前两小时取出，洗净，分离果粒，并选择分别从四种提子中选取各1至3粒颗粒饱满的果粒待测。 （三）预实验。首先需要控制测试温度、测试湿度、测试光线等变量，找到适合本实验的测试方法以提高实验数据的准确性，然后通过测试剔除异常样本。因为正常葡萄表面都会有“白霜”，属于葡萄在生长过程中合成的天然物质。为保证实验结果的准确性，试验时选取葡萄样本上最接近原本表皮颜色的区域上一点作为测试点。 （四）实验。第一步，打开光谱仪与光源并进行预热三十分钟，保持设备的稳定性。第二步，打开光谱仪软件，将待测葡萄置于白板上，分别测量并保存三种葡萄的光谱数据。第三步，将葡萄样本分别转入带有标记的纸杯中，准备下一步糖度测量。第四步，室温下，用滴管吸取少量蒸馏水，滴加在折光仪上，待显示折光仪示数为0可以开始实验。第五步，挤压果粒，将汁液覆盖折射仪镜面并直接读取数值，重复取样测量 3 次，计算平均值作为该串葡萄样本的最终 SSC 值。每次平行测定之间只需纸巾擦去汁液，两个样品之间需用蒸馏水冲洗镜面擦干后再进行测定，并做好相关记录。 四、实验数据处理与模型建立 （一）葡萄籽粒提取可溶性固形物样本的选取。在建立葡萄可溶固形物定量模型时，我们进行了异常样本的剔除，选用了39个葡萄样本。 建模样本与检测样本的合理选择直接影响葡萄可溶固形物数学模型的建立和预测效果的好坏。通常建模样本的性质需要具有广泛代表性及一定数量，所建立的数学模型才具有通用性，也才能对未知的葡萄样本做出比较好的预测结果。因此，对于每个品种均从中随机选取67%作为校正集，其余33%作为验证集。表1为提子可溶固形物模型建立的建模样本和检测样本的选取情况。 表1 建模样本与检测样本的选取 （二）葡萄籽粒可溶性固形物含量PLS模型的建立与检验。按照 GB-12295《水果、蔬菜制品可溶性固形物含量的测定》中规定的方法来测定葡萄可溶性固形物的含量，用数字式糖度折射仪，仪器的精度为0.1°Brix，测量范围为 0~45°Brix。以穗为单位，去除代表该穗葡萄的 12 颗葡萄样本非可食部分，将可食部分压榨后用滤纸过滤获得葡萄汁混匀。测试前，需用蒸馏水进行零点校正，将汁液覆盖折射仪镜面并直接读取数值，重复取样测量 3 次，计算平均值作为该串葡萄样本的最终 SSC 值。每次平行测定之间只需纸巾擦去汁液，两个样品之间需用蒸馏水冲洗镜面擦干后再进行测定，并做好相关记录。