高光谱成像技术原理与应用.pptx
高光谱成像技术在气象监测中的应用研究
高光谱成像技术在气象监测中的应用研究近年来，随着气象监测技术的不断进步，高光谱成像技术在气象监测中的应用也逐渐成为研究的重点。
高光谱成像技术是一种同时获取目标光谱和空间信息的技术。
它能够提供高分辨率、高精度、高覆盖范围的数据，因此具有广泛的应用前景。
一、高光谱成像技术的基本原理高光谱成像技术是对物体的光谱反射率进行快速测量的一种技术。
它使用高光谱成像仪采集地面或空中的光谱数据，将其转化为数字信号，并以可视化的方式呈现出来。
具有以下三个基本原理：1. 光谱特征：光谱是物质特征的重要表现形式，高光谱可以通过光谱特征识别物质的种类和含量。
2. 空间分辨率：空间分辨率指成像系统在空间中的分辨率。
3. 光谱分辨率：光谱分辨率指成像系统能够区分不同波段的能力。
二、高光谱在气象监测中的应用（一）大气污染监测大气污染是大气环境中存在的其中一种污染物，所谓大气污染是指空气中含有高浓度的有害物质，对人体和环境造成危害。
大气污染的监测可以采用高光谱成像技术进行无损测量，对于大气颗粒物、气态污染物、光学厚度等参数的监测都有较好的效果。
（二）天气预报高光谱成像技术可以被用于气象灾害预警，通过对卫星数据的处理，能够进行天气预报或者气象灾害的预警。
（三）农作物遥感监测农业生产是国民经济和人民生活的基础，发展农业必须采用现代化科技手段。
高光谱成像技术可以实现对农作物生长过程中各个阶段的探测，包括种植密度、叶绿素含量、生物量、水分状况等数据，从而为监测农作物健康状况和评估作物产量提供依据。
三、结论高光谱成像技术具有广泛的应用前景，尤其在气象监测中的应用方面可以发挥其独特的优势。
高光谱成像技术的进一步发展，需要完善相关的数据分析和处理技术，同时加强机器学习、人工智能等方面的研究，提高监测数据的准确性和稳定性，更好地服务经济和社会的发展。
高光谱技术原理及应用(朱黎明)
Agriculture
不同成熟度的水稻和不同深浅的水域
Mineral exploration
蚀变带是找矿的重要依据，蚀变带在2.2微米处具 蚀变带是找矿的重要依据，蚀变带在2.2微米处具 有光谱吸收特征，其吸收光谱的半带宽在10纳米 有光谱吸收特征，其吸收光谱的半带宽在10纳米 到50纳米之间，因此，具有10纳米光谱分辨率的 50纳米之间，因此，具有10纳米光谱分辨率的 成像光谱仪就有能力直接通过遥感发现蚀变带， 以确定找矿的靶区。 同时，通过对植被光谱特征的分析也是找矿的依 据，由于矿物中金属离子对植被的侵蚀，会引起 植被的病变，使得植被近红外高反射峰就会向短 波方向移动5 20纳米，成为“红边蓝移” 波方向移动5-20纳米，成为“红边蓝移”现象。 高光谱遥感就有能力发现这种现象。
摆扫型
推扫型
图像立方体
在通常显示的二维图 像的基础上添加光谱 维，就可以形成三维 的坐标空间
y
x
λ
二维的光谱曲线
为了表达 图像上某 图像上某 一像元的 一像元的 光谱特征， 引入二维 的光谱曲 线，对于 一列像元 可进一步 形成光谱 形成光谱 曲面。 曲面。
高光谱图像的预处理
成像光谱仪的标定，要建立成像光谱 仪每个探测元件输出的数字量化值与 仪每个探测元件输出的数字量化值与 它所对应像元内的实际地物的辐射亮 它所对应像元内的实际地物的辐射亮 度值之间的定量关系（实验室标定、 度值之间的定量关系（实验室标定、 机上或星上标定、场地标定）
Hyperspectral image
高光谱与传统光谱比较
传统光谱 波段数 分辨率 图谱 通道是否连续 少 >100nm 分离 不连续 高光谱 非常多 一般10~20nm 一般10~20nm 个别达2.5nm 个别达2.5nm 合一 连续
高光谱成像在食品安全监测中的应用研究
高光谱成像在食品安全监测中的应用研究近年来，随着人们对食品安全问题的关注度不断提高，如何有效地监测食品成分和质量已成为各国政府和企业面临的重要问题。
高光谱成像技术作为一种新兴的非接触式成像技术，具有高精度、高分辨率、高速率等优点，逐渐成为食品安全监测的重要手段。
本文将从高光谱成像技术的原理、应用范围和研究进展等方面，深入探讨其在食品安全监测中的应用研究。
一、高光谱成像技术的原理高光谱成像技术是指将可见光、近红外光或红外光谱范围内的光按照一定的波段间隔和波长范围采集，形成高维度的光谱数据，然后将这些数据与空间信息结合，得到高精度的图像信息。
高光谱成像技术采集的光谱数据可用于分析物质的组成、结构和特性，以及对物质的分类、识别、定量和控制等方面。
二、高光谱成像技术在食品安全监测中的应用(一) 食品成分分析高光谱成像技术可以快速、高效地分析食品中的成分，如蛋白质、脂肪、水分等。
利用高光谱成像技术采集到的光谱数据，可以进行化学计量学分析，建立成分定量预测模型。
通过这种方法，可以对食品成分进行快速、准确的分析，发现其中的问题，并对食品质量进行监测，保证食品安全。
(二) 食品品质检测高光谱成像技术可以通过捕获食品表面的光谱反射信息，来鉴别食品的新鲜程度、成熟度、质量等。
比如，对于水果而言，光谱数据可用于测量水果的色泽、光泽度、外观质量等情况，对于肉类而言，光谱数据可用于判断肉类的嫩度、颜色、水分含量等情况。
通过基于高光谱成像技术的检测手段，对食品品质进行快速、准确的检测，从而保证食品的质量。
(三) 食品安全检测高光谱成像技术可以用于检测食品中的有害物质，如农药残留、重金属等。
利用高光谱成像技术采集到的光谱数据可以构建鉴别模型，对食品中的各种成分进行分析检测。
例如，可以通过加入有毒食品成分来检验该技术的实际效果，从而保证食品安全水平。
(四) 食品分类和鉴定高光谱成像技术可以通过建立各种鉴别模型，来对不同类型的食品进行分类鉴定。
高光谱成像ppt课件
4.仪器的视场角
line
GS = 2 . tg(FOV/2) . H
H
Ground Swath
4.仪器的视场角 因此，在仪器设计时，FOV和IFOV是必须
考虑的重要参数。
• 仪器的视场角(FOV)较大，可以获得较宽的 地面扫描幅宽。
段宽度（Bandwidth）。
一、高光谱成像的基本概念
2.光谱分辨率 下图所示，纵坐标（Y轴）为探测器的光谱
响应，它是横坐标（X轴）所代表的波长的函数。 光谱分辨率被严格定义为仪器在达到 50%光谱响 应时的波长宽度。
一、高光谱成像的基本概念
3.空间分辨率
• 空间分辨率(Spatial Resolution)
成像光谱仪的空间分辨率是由仪器的角分辨 力（Angular Resolving Power）,即仪器的瞬时 视场角（Instantaneous Field of View, IFOV） 决定的。
一、高光谱成像的基本概念
4.仪器的视场角
地面扫描幅宽__仪器的视场角（Field of View，FOV）
不同波长色散位置不同 焦平面不同
高光谱技术应用：
41
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• 空间成像方式是指从影像二维空间形 成的角度考察成像光谱仪的工作方式。 • 光谱成像方式是指从光谱维数据形成 的角度考察成像光谱仪的工作方式。
二、成像光谱仪的空间成像方式
1.摆扫型成像光谱仪
摆扫型(Whisk broom)成像光谱仪由光机左 右摆扫和飞行平台向前运动完成二维空间成像， 其线列探测器完成每个瞬时视场像元的光谱维获 取。
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。
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。
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。
高光谱原理及应用简介
目录
1
高光谱遥感的基本概念
2
高光谱遥感器及平台
3
高光谱遥感技术
4
高光谱遥感技术应用
从嫦娥一号说起
Moon Observing
嫦娥一号的高光谱干涉成像光谱仪
光学遥感的发展阶段
• 国际遥感界认为光谱分辨率在10-1λ数量级范围内的为多光谱遥感 (Multispectral)；
• 光谱分辨率在10-2λ的遥感信息称之为高光谱(Hyperspectral)遥感。 • 随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到10-3λ时，遥感即进入了超高光谱
土壤研究中应用
• 连续窄带短波红外光谱信息，为土壤评价与监测提供了强 有力的工具。
• 高光谱分辨率遥感作为一种手段可以用来提供土壤表面状 况及其性质的空间信息，亦可用来评价探测土壤性质细微 差异的潜力。
• 高光谱在土壤研究中的价值主要在于土壤类型的填图、土 壤中矿物成分定量鉴别、土壤湿度、土壤有机质、土壤侵 蚀以及土壤退化监测，从成像光谱图像定量反演土壤物理 化学参数，对土壤潜在生产力评价以及监测由于风蚀、水 侵、盐碱化、沙漠化造成的土地退化现象。
• 通过对植被光谱特征的分析也是找矿的依据，由 于矿物中金属离子对植被的侵蚀，会引起植被的 病变，使得植被近红外高反射峰就会向短波方向 移动5-20纳米，成为“红边蓝移”现象。高光谱 遥感就有能力发现这种现象。
地质
黄铁矿 黄钾铁矾矿 针铁矿和 黄钾铁矾
针铁矿
赤铁矿
植被生态学
• 植被群落、植被种类的分类与识别； • 冠层结构、状态或活力的评价、冠层水文状态与冠层生物
农业-农作物的识别和品种划分
不同成熟度的水稻和不同深浅的水域分类
农业-农作物的识别和品种划分
高光谱遥感第二章ppt课件
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
我校现有设备 Headwall
- 成像光谱仪的光谱与辐射定标技术
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
- 成像光谱信息处理技术
海量数据非失真压缩技术 高速化处理技术 辐射量的定量化和归一性 图像特征提取及三维谱像数据的可视化
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
5 成像光谱仪的空间成像方式 高光谱遥感成像包括空间维成像和光谱维成
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
1 基本概念
光谱学 成像技术
成像 光谱学
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
(1) 光谱分辨率 —指探测器在波长方向上的记录宽度，又称为
波段宽度。
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
(2) 空间分辨率—对于成像光谱仪，其空间分辨率 是由仪器的角分辨力，即仪器的瞬时视场角 （IFOV）决定的。
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
- 二元光学元件成像光谱技术
二元光学元件沿轴向色散，利用面阵CCD 探测器沿光轴方向对所需波段的成像范围进行 扫描，每一位置对应相应波长的成像区。
- 三维成像光谱技术
三维成像光谱仪是在光栅色散型成像光谱 仪的基础上改进而来的，其核心是一个像分割 器，将二维图像分割转换为长带状图像。
(3）仪器的视场角（FOV）—指仪器的扫描镜在空中 扫过的角度。
第二章 高光谱遥感成像机理与 成像光谱仪
高光谱成像技术在生物学研究中的应用
高光谱成像技术在生物学研究中的应用高光谱成像技术是一种新型的光学成像技术，可以同时获取多波段的光谱信息。
这种技术在医学、环境科学、远程探测等领域中有着广泛的应用。
在生物学研究中，高光谱成像技术可以帮助生物学家们更深入地了解生物体内的不同成分的光谱信息，从而提高生物学研究的效率和准确率。
高光谱成像技术的原理高光谱成像技术的原理是通过获取物体在不同波长下的反射或发射光谱，从而识别物体的成分和分布情况。
高光谱成像技术包括成像和光谱两个部分。
在光学成像中，高光谱成像技术采用的是线扫描的成像方式，通过极快的光谱扫描速度和高分辨率相机，可以实现对物体的高精度成像。
在光谱方面，高光谱成像技术可以通过非接触式和非损伤式的方法获取生物组织、细胞等物体在不同波长下的光谱，进而分析物体成分和空间分布。
高光谱成像技术在生物学研究中有多种应用。
下面将分别介绍这些应用。
1. 癌症诊断癌症是一种恶性肿瘤，早期的诊断和治疗对提高患者的生存率至关重要。
高光谱成像技术可以通过监测生物组织在不同波段下的光谱，识别组织中的蛋白质、细胞膜等成分的变化，从而辅助医生诊断癌症。
例如，通过对乳腺癌组织的高光谱成像分析，可以确定癌细胞的形态、大小和分布，有助于医生为患者选择合适的治疗方式。
2. 药物筛选药物筛选是医药研发过程中的重要环节之一。
高光谱成像技术可以通过监测生物组织的相关蛋白质、分子等在吸收光谱方面的变化，评估药物的作用和效果。
例如，通过对癌细胞在不同药物作用下的光谱变化进行分析，可以评估不同药物的对癌细胞的作用差异，为新药物的研发提供科学依据。
3. 植物病害诊断高光谱成像技术可以帮助农业科学家们对植物病害进行快速、准确的诊断。
例如，在水稻病害监测中，高光谱成像技术可以通过分析水稻叶片在不同波段下的反射光谱，识别出与生长近似的植被和病变部位，从而及时发现并诊断植物病害。
4. 昆虫鉴定高光谱成像技术可以对昆虫的形态、结构等进行快速鉴定。