光谱成像技术的分类
高光谱,多光谱及超光谱
1、光谱分辨率光谱分辨率spectral resolution定义1：遥感器能分辨的最小波长间隔，是遥感器的性能指标。
遥感器的波段划分得越细，光谱的分辨率就越高，遥感影像区分不同地物的能力越强。
定义2：多光谱遥感器接收目标辐射信号时所能分辨的最小波长间隔。
光谱分辨率指成像的波段范围，分得愈细，波段愈多，光谱分辨率就愈高，现在的技术可以达到5~6nm（纳米）量级，400多个波段。
细分光谱可以提高自动区分和识别目标性质和组成成分的能力。
传感器的波谱范围，一般来说识别某种波谱的范围窄，则相应光谱分辨率高。
举个例子：可以分辨红外、红橙黄绿青蓝紫紫外的传感器的光谱分辨率就比只能分辨红绿蓝的传感器的光谱分辨率高。
一般来说，传感器的波段数越多波段宽度越窄，地面物体的信息越容易区分和识别，针对性越强。
2、什么是高光谱，多光谱及超光谱高光谱成像是新一代光电检测技术，兴起于2O世纪8O年代，目前仍在迅猛发展巾。
高光谱成像是相对多光谱成像而言，通过高光谱成像方法获得的高光谱图像与通过多光谱成像获取的多光谱图像相比具有更丰富的图像和光谱信息。
如果根据传感器的光谱分辨率对光谱成像技术进行分类，光谱成像技术一般可分成3类。
(1)多光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0．1mm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域一般只有几个波段。
(2)高光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda=0．01mm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域有几十到数百个波段，光谱分辨率可达nm 级。
(3)超光谱成像——光谱分辨率在delta_lambda/lambda =O．001mm=1nm数量级，这样的传感器在可见光和近红外区域可达数千个波段。
众所周知，光谱分析是自然科学中一种重要的研究手段，光谱技术能检测到被测物体的物理结构、化学成分等指标。
光谱评价是基于点测量，而图像测量是基于空间特性变化，两者各有其优缺点。
光谱测量技术介绍
光谱测量技术介绍引言：光谱测量技术是一种通过对物质发射、吸收或散射的光谱进行分析，以获取物质性质和状态的信息的方法。
光谱测量技术广泛应用于物理学、化学、生物学、材料科学、环境科学等领域，为我们提供了丰富的物质信息。
本文将对光谱测量技术进行介绍，并阐述其在各个领域的应用。
一、光谱测量技术的基本原理光谱测量技术的基本原理是基于光的波粒二象性。
当光照射到物质上时，物质会吸收某些特定波长的光，而反射或透射其他波长的光。
这些被吸收或反射的波长组成了一个独特的光谱图案，称为发射光谱。
同样，物质也会因其内部电子跃迁而产生吸收光谱。
此外，物质在光照射下散射光时，也会产生散射光谱。
通过对这些光谱图案的分析，我们可以了解物质的成分、浓度、温度、压力等信息。
二、光谱测量技术的分类光谱测量技术可以根据测量原理和应用场景分为以下几种类型：1. 发射光谱测量：通过测量物质在特定光源激发下发射的光谱，了解物质的成分和性质。
发射光谱测量常用于元素分析、材料研究等领域。
2. 吸收光谱测量：通过测量物质对特定光源的吸收情况，了解物质的成分和性质。
吸收光谱测量常用于化学分析、环境监测等领域。
3. 散射光谱测量：通过测量物质对光照射的散射情况，了解物质的成分和性质。
散射光谱测量常用于大气光学、生物光学等领域。
4. 光谱成像技术：通过将光谱信息转化为图像信息，直观地展示物质的性质和状态。
光谱成像技术常用于生物医学、遥感技术等领域。
三、光谱测量技术的应用光谱测量技术在各个领域都有广泛的应用，以下是一些典型的例子：1. 元素分析：通过发射光谱测量，可以识别材料中的各种元素，从而进行元素分析。
例如，在金属加工行业中，发射光谱测量技术被广泛应用于焊缝检测、成分分析等方面。
2. 化学分析：通过吸收光谱测量，可以对溶液中的离子进行定量分析，从而进行化学分析。
例如，在环境监测领域，吸收光谱测量技术被广泛应用于水质检测、空气质量监测等方面。
3. 生物光学：通过散射光谱测量，可以研究生物体的光学性质，从而进行生物光学研究。
成像光谱技术在农业中的应用研究
成像光谱技术在农业中的应用研究随着社会的发展，农业行业也迈入了一个新的时代，成像光谱技术因其精准、快速、准确的检测手段赢得了广泛的应用。
在传统的农业生产中，常常需要依靠经验和感觉来进行判断，从而对生产产出和质量的影响不可避免地存在着误差。
成像光谱技术的出现极大地提高了农业生产的效率和精度，为农业生产注入了新的动力。
一、成像光谱技术概述成像光谱技术，又称为高光谱成像技术（Hyperspectral Imaging），是将光电子学和光谱学相结合所发展出来的一种新型检测手段。
它通过光谱仪获取物体的高光谱图像，分析反射或发射光源的波长、强度、色度等信息，从而可以对样品进行基于材料光谱特性的快速检测和定量化分析。
成像光谱技术主要有以下几个特点：1. 实时性强：可以实现快速、准确的检测，对于大批量、复杂的样品进行检测时更具优势。
2. 检测非破坏性：通过对样品的成像扫描，避免了传统检测手段中对于样品的损伤或污染。
3. 检测范围广：可用于物种识别、化学成分分析、表面形貌检测等。
二、成像光谱技术在农业中的应用1. 农产品种类鉴别农产品种类鉴别是农产品安全检测的重要环节，成像光谱技术可以在不破坏农产品的情况下，通过分析不同物种的光谱特性，精确地进行鉴定和分类。
例如，通过对苹果和梨进行高光谱成像测试，可以准确地区分两种农产品，从而避免了由于人为原因鉴别不准确而造成的损失。
2. 农产品质量检测成像光谱技术在农产品质量检测中的应用还包括水果熟度检测、农产品污染检测、农产品中有害物质检测等。
例如，对于水稻的质量检测，通过高光谱成像可以直接检测出水稻内部的营养素含量、水分含量及淀粉质含量等，同时还可以检测出水稻中的农药、重金属等有害物质。
3. 地球观测应用成像光谱技术可以通过对植物生长过程的监测，进行对于农业产出的预测和应对自然灾害的预警与应急管理等方面的工作。
例如，美国NASA的“地球观测卫星”中，就装备了高光谱成像仪，可以对农业生产进行实时监测和预测。
计算光谱成像
计算光谱成像
计算光谱成像技术是一种新兴技术，它可以使光谱成像测量变得更加高效、可靠、准确，同时也可以提高处理速度。
它主要用于探测特定物体的光学性质，比如反射率、衍射率、穿透率和反射率等。
主要技术：
1.光谱成像激光器：光谱成像激光器可以产生出一个宽波段的具有不同波长的光束，这种光束可以被用来进行光谱成像测量。
2.可变孔径成像系统：可变孔径成像系统可以将光束分割成不同波长段，并在不同的波长段上进行成像测量。
3.光谱数字图像处理：光谱数字图像处理技术可以应用于光谱成像数据，它可以去除成像中的噪声，并从光谱数据中提取有用的信息。
4.物体属性测量：在光谱成像系统中，可以根据成像数据提取出物体的反射特性，从而测定物体的光学性质。
计算光谱成像技术在应用领域中得到了广泛的使用，可以用于航空、地面遥感成像、空间遥感成像等领域。
此外，这一技术也可以用于医学成像，用以检测肿瘤等疾病。
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光的色散与光谱
光的色散与光谱光谱是指将光按波长进行分类和分析的方法。
光的色散是指当光通过介质或物体时，由于介质或物体对不同波长的光的折射率不同，导致光的波长发生分离的现象。
光的色散与光谱密切相关，下面将阐述光的色散的原理和应用，以及光谱的分类和应用。
1. 光的色散光的色散是光在介质中传播时，由于介质对不同波长光的折射率不同而引起的光的分离现象。
光的色散分为正常色散和反常色散两种情况。
正常色散是指介质对折射率随着波长的增加而减小的现象。
例如，光从空气射向玻璃，由于介质玻璃对波长较短的蓝色光的折射率较大，因此蓝光会偏离原来的传播方向，而波长较长的红光则有较小的折射率，偏离角度较小。
反常色散是指介质对折射率随着波长的增加而增大的现象。
这种情况在某些特殊介质中出现，例如某些玻璃种类。
在反常色散中，红光的折射率大于蓝光，因此蓝光的偏折角度较大。
2. 光谱分类根据波长顺序排列的光称为光谱。
根据不同的分类方法，光谱可以分为连续光谱、线状光谱和带状光谱三种。
连续光谱是指包含了所有波长范围的连续波长的光谱。
例如，太阳光就是一个连续光谱，它包含了从较短波长的紫外线到较长波长的红外线的所有可见光波长。
线状光谱是指只包含一系列离散波长的光谱。
例如，氢光谱就是一个线状光谱，它只包含了氢原子在不同能级跃迁时产生的特定波长的光。
带状光谱是介于连续光谱和线状光谱之间的光谱。
它包含了一系列的波段，每个波段内的光谱是连续的，但不同波段之间是离散的。
例如，光纤通信中的多波长分复用技术就是利用带状光谱将多个不同波长的光信号传输在同一根光纤中。
3. 光谱应用光谱在许多领域都有着广泛的应用。
分光仪是一种常见的光谱仪器，它能将光按波长进行分解和测量。
分光仪广泛应用于光谱分析、化学分析、天文观测等领域。
光谱分析在化学、物理、天文学等领域中具有重要的应用价值。
通过分析样品的光谱，可以获取有关样品的信息，例如化学成分、物质的结构等。
激光光谱学是利用激光器产生的激光与物质相互作用后的光谱进行分析的方法。
光电子学中的光谱仪和成像技术
光电子学中的光谱仪和成像技术光电子学是一门研究光的电磁波特性及其与物质相互作用的学科，近年来受到了广泛关注和发展。
光谱仪和成像技术是光电子学中的两个重要分支，它们可以帮助我们深入了解光的本质和光与物质的相互作用，为我们研究和应用光电子技术提供了重要的手段。
一、光谱仪光谱仪是一种用来分析光波谱的仪器，可以将光分解成其不同波长的成分进行研究和测量。
光谱仪广泛应用于光学、物理、化学、生物学等领域，在这些领域中，我们可以通过光谱仪来进行各种性质的分析和测试，例如物质的成分、结构、光学性质等等。
光谱仪的基本工作原理是将光线通过一个小孔或透镜聚集到光栅或小孔板上，然后通过一个检测器将不同波长的光线分离出来。
光谱仪可以分为吸收光谱仪和发射光谱仪两种类型。
在吸收光谱仪中，光通过被测物质时，会被物质吸收，形成一个独特的光谱，我们可以通过这个光谱来分析物质的成分和浓度。
而在发射光谱仪中，物质被激发后会发射出一种特定的光谱，我们可以通过检测这个光谱来分析物质的性质和特点。
二、成像技术成像技术是将物体的信息通过光学传感器捕捉并转换成数字信号，然后通过计算机图像处理的方式，呈现出一幅清晰的图像或视频。
成像技术广泛应用于医学、军事、工业、卫星导航等领域，在这些领域中，我们可以通过成像技术来实时监测和观察物体的运动、形态、表面特征等等。
现代成像技术包括了很多种类，例如光电器件成像、红外成像、热像仪等。
其中最常见的是光电器件成像技术，它是利用光电转换原理将光信号转换为电信号，然后再通过信号处理技术来实现图像的呈现。
现代的光电器件成像技术包括了CCD（Charge-coupled_device）、CMOS（Complementary_Metal_Oxide_Semiconductor）等技术，具有高灵敏度、低噪声、高分辨率等优点。
三、光谱仪和成像技术在现代社会中的应用光谱仪和成像技术在现代社会中的应用非常广泛，下面我们就来看一下它们在各个领域中的应用。
(完整word版)光谱成像技术的分类
光谱成像技术的分类光谱成像技术，有时又称成像光谱技术，融合了光谱技术和成像技术，交叉涵盖了光谱学、光学、计算机技术、电子技术和精密机械等多种学科，能够同时获得目标的两维空间信息和一维光谱信息。
光谱成像技术发展到今天，出现的光谱成像仪的种类和数量己经具有较大规模，因而可以从光谱分辨率、信息获取方式（扫描方式）、分光原理和重构理论等不同的视角对光谱成像技术进行分类。
1基于光谱分辨率分类光谱成像技术针对光谱分辨能力的不同，可分为多光谱(Multi-spectral)，高光谱(Hyper- spectral)以及超光谱(Ultra-spectral)。
多光谱的谱段数一般只有几十个，高光谱的谱段数可达到几百个，而超光谱一般指谱段数上千个。
它们的区别如表1所示。
表1多、高、超光谱的比较2 基于信息获取方式分类光谱成像仪需要对三维“数据立方”进行探测，而现今的探测器最多能进行二维探测。
要想获得完整的三维数据，理论上至少需增加一维的空间扫描或光谱扫描。
光谱成像技术获取图谱信息的主要方式有：挥扫式(Whiskbroom )、推扫式(Pushbroom)、凝视式(Staring)以及快照式(Snapshot)。
挥扫式成像光谱仪的光谱成像系统只对空间中某点进行光谱探测，通过沿轨和穿轨两个方向扫描获取完整的二维空间信息，其信息获取方式如图1a所示。
A VIRIS就是通过挥扫成像[1]。
推扫式光谱成像系统探测空间中一维线视场(图1b中的X方向)的光谱，通过沿轨方向(Y方向)扫描实现二维空间信息的获取，芬兰国立技术研究中心实验室研制的AISA就是典型的推扫式成像光谱仪[2]。
凝视式光谱成像系统可对固定窗口目标成像，采用滤光的方式分离并获取不同波段的图像信息，再将不同波段的图像堆叠成“数据立方”。
如图1c中所示，该类成像光谱仪实际上是采用光谱维扫描的方式实现图谱“数据立方”的获取。
图1 典型的光谱成像过程：a挥扫式；b推扫式；c凝视式；d快照式快照式是一种新兴的图谱信息获取方式，它不需扫描便可获取三维图谱信息。
光谱成像技术与质谱成像技术
光谱成像技术与质谱成像技术
光谱成像技术和质谱成像技术都是灵敏且非破坏性的成像分析技术，但它们使用不同的原理和方法来获取样品的化学信息。
光谱成像技术是基于样品对不同波长光的吸收、散射或荧光发射特性来获得化学信息的成像技术。
常见的光谱成像技术包括紫外-可见光谱成像、荧光光谱成像、拉曼光谱成像等。
这些技术可以提供关于样品的化学成分、分布以及反应动力学等信息。
质谱成像技术则是基于样品中各种化学物质的质量-荷电比信息来获得化学信息的成像技术。
它将质谱仪与成像仪结合，可以对样品进行原位分析，同时获得空间分辨率和化学成分的信息。
质谱成像技术包括基于时间飞行质谱（TOF-MS）、离子陷阱质谱（IT-MS）和四极杆质谱（Q-MS）等。
两者的主要区别在于测量原理和数据分析方法。
光谱成像技术是通过样品对光的相互作用来获取信息，而质谱成像技术是通过样品中化学物质的质量-荷电比来获取信息。
此外，光谱成像技术更适用于分析样品的化学成分和结构，而质谱成像技术更适用于分析样品中各种化学物质的空间分布和相对丰度。
两种技术在化学分析、生物医学研究等领域有广泛应用。
光谱成像技术主要应用于物质表征、药物研发、食品安全、环境监测等领域，而质谱成像技术主要应用于生物组织学、药物代谢研究、食品安全等领域。
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光谱成像技术的分类
光谱成像技术，有时又称成像光谱技术，融合了光谱技术和成像技术，交叉涵盖了光谱学、光学、计算机技术、电子技术和精密机械等多种学科，能够同时获得目标的两维空间信息和一维光谱信息。
光谱成像技术发展到今天，出现的光谱成像仪的种类和数量己经具有较大规模，因而可以从光谱分辨率、信息获取方式(扫描方式)、分光原理和重构理论等不同的视角对光谱成像技术进行分类。
1基于光谱分辨率分类
光谱成像技术针对光谱分辨能力的不同，可分为多光谱(Multi-spectral)，高光谱(Hyper- spectral)以及超光谱(Ultra-spectral)。
多光谱的谱段数一般只有几十个，
高光谱的谱段数可达到几百个，而超光谱一般指谱段数上千个。
它们的区别如表1所示。
2基于信息获取方式分类
光谱成像仪需要对三维“数据立方”进行探测，而现今的探测器最多能进行
二维探测。
要想获得完整的三维数据，理论上至少需增加一维的空间扫描或光谱扫描。
光谱成像技术获取图谱信息的主要方式有：挥扫式（Whiskbroom ）、推扫
式（Pushbroom）凝视式（Staring）以及快照式（Snapshot^
挥扫式成像光谱仪的光谱成像系统只对空间中某点进行光谱探测，通过沿轨和穿轨两个方向扫描获取完整的二维空间信息，其信息获取方式如图1a所示。
AVIRIS就是通过挥扫成像⑴。
推扫式光谱成像系统探测空间中一维线视场（图1b中的X方向）的光谱，通过沿轨方向（Y方向）扫描实现二维空间信息的获取，芬兰国立技术研究中心实验室研制的AISA就是典型的推扫式成像光谱仪⑵。
凝视式光谱成像系统可对固定窗口目标成像，采用滤光的方式分离并获取不同波段的图像信息，再将不同波段的图像堆叠成“数据立方” 。
如图1c中所示, 该类成像光谱仪实际上是采用光谱维扫描的方式实现图谱“数据立方”的获取。
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图1典型的光谱成像过程: a挥扫式；b推扫式；c凝视式；d快照式
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快照式是一种新兴的图谱信息获取方式，它不需扫描便可获取三维图谱信息。
快照式光谱成像技术实现方式主要有三种：一种是视场分割三维成像的方式，利用玻璃堆进视场分割，再利用分光器件将三维信息展开到二维平面进行面探测⑻ 如图1d所示；第二种是计算层析的方式⑷，利用正交光栅等分光器件将三维信息层析投影到二维平面，再利用算法重构三维图谱；第三种是孔径编码计算光谱
成像的方式［5］，通过孔径编码的形式引入计算维，再进行分光得到编码的混合图谱信息，最后通过计算解码重构三维信息的孔径编码计算成像技术，其三维信息获取方式如图2所示。
图2孔径编码计算光谱成像技术的信息获取方式
3基于分光原理分类
进入光谱成像系统的图像信号均为复色光，要想探测每个像素的光谱信息需对复色信号分光。
按照分光原理来划分，成像光谱技术可分为三类：色散型（dispersive ），滤光片型（filtering）和干涉型（interferometric）。
色散型分光技术主要包括棱镜分光和光栅分光两种。
棱镜分光是利用材料对不同波长的光折射率不同将复色光在主截面内散开；光栅分光则是利用衍射的原理将复色光在主截面内散开。
滤光片型成像光谱仪技术采用滤光片作为分光器件，其种类形式多样，如滤光片轮、滤光片阵列、线性渐变滤光片、光楔滤光片等；另外还有两种经典的调谐型滤光器，声光可调谐滤光片（AOTF）和液晶可调谐滤光片（LCTF）。
经滤光片滤光，探测器获得的每帧图像为准单色图，通过变换滤光片或调谐滤光获取完整的“数据立方”。
干涉型成像光谱技术也称作傅里叶变换光谱成像技术，通过探测目标的干涉图并利用傅里叶变换计算获得光谱信息⑹。
干涉型成像光谱技术按照探测模式可分为三类：一是时间调制型，其主要的结构原型是Michelson干涉仪（如图3a）, 利用动镜扫描干涉实现光谱信息的相干探测。
二是空间调制型，其典型的结构是以Sagnac干涉仪（三角共光路）系统（如图3b）,利用空域的干涉图获得光谱信息，此类干涉型光谱仪有狭缝，不需要动镜扫描。
三是时空混合调制型，其典
型的结构有三角共路系统和双折射晶体偏振干涉系统（如图 3c ）,这类系统既无 狭缝又无动镜，通过推扫实现全部空间的干涉图样获取。
干涉型成像光谱技术按 有无运动装置可分为静态型和动态型，其中时间调制型为动态，空间调制型和时 空混合调制型为静态。
c 时空混合调制型
参考文献
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Field Stop
图3三种典型的干涉成像光谱仪工作原理图
: a 时间调制型；b 空间调制型;
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