成像光谱技术简介
高光谱成像技术原理
高光谱成像技术原理高光谱成像技术原理是一种将光谱分辨率提高到较高水平的成像技术。
它基于人眼无法察觉到的远红外和紫外波段的能力，能够获取物体的高精度光谱信息。
高光谱成像技术通过同时采集目标场景上的多个连续波段的光谱数据，实现对物体表面的光谱细微变化的探测和分析。
高光谱成像技术的原理基于物体的光谱吸收和反射特性。
当光线通过或反射于物体表面时，被物体吸收或反射的光波将发生变化。
高光谱成像系统通过对各个波段的频谱进行连续测量，可以获取到物体在不同波段下的光谱信息。
通过分析这些光谱数据，我们可以获取到物体的光谱特征，进而对物体进行分类、识别和定量分析。
高光谱成像技术的原理还包括光谱解混合和特征提取。
当目标场景中存在多个物体或目标时，它们的光谱将混合在一起，难以区分。
光谱解混合是指将混合光谱分离出不同的成分，以便更准确地分析和识别目标。
特征提取则是指从光谱数据中提取出与目标特征相关的信息，例如物体的化学成分、表面反射率等，以便更深入地理解目标的性质和状态。
高光谱成像技术还涉及成像系统的设计和数据处理。
高光谱成像仪器通常由光学系统、探测器和数据处理单元组成。
光学系统负责将目标场景中的光线聚焦到探测器上，以获取光谱数据。
探测器则负责将接收到的光信号转换成电信号，进而进行数字化处理和存储。
数据处理单元则对采集到的光谱数据进行预处理、反演和分析，以提取目标信息并进行图像重建。
总之，高光谱成像技术原理基于物体的光谱吸收和反射特性，通过采集目标场景上的多个波段光谱数据，实现对物体的光谱细微变化的探测和分析。
它可以用于遥感、农业、地质勘探、环境监测等领域，为科研和实际应用提供了强大的工具和手段。
偏振光谱成像技术及应用资料
偏振和光谱成像技术在环境检测、目标识别、遥感探测和 工业检测等方面具有广泛的应用前景和经济价值。
二、研究基础和能力 流体物理研究所在基于液晶可调滤光片的光谱成 像技术研究和基于液晶可调位相延迟片的偏振成 像技术研究方面开展了多年研究：
1. 2. 自主研制了400nm-1700nm波段的液晶可调滤光片，技术 指标达到国际先进水平； 在此基础上，针对不同应用需求，开发了不同用途的多/高 光谱和偏振成像仪，并在医学、物证鉴定、遥感以及工业 检测领域开展了应用研究，取得了良好的应用结果； 具备液晶可调滤光片和光谱/偏振成像设备的设计和研制能 力以及相关应用tokes全偏振探测分析； 快速实时成像； 体积小、重量轻、功耗低； 工作波长：400nm - 1000 nm； 测量精度：偏振度测量误差<1%。
技术指标
偏振成像实验结果
不同材质物体检测
模糊金石文献轮廓提取和识别
光谱成像核心器件-液晶可调滤光片
15
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o
Transmission(Natural Light)
一、偏振/光谱成像技术简介
偏振成像技术是成像技术和偏振分析技术的完美结合，偏 振成像探测能够提供目标的光强图像无法显示的表面粗糙 度、纹理走向、表面取向、表面电导率、材料理化特征、 含水量等特征，对物体轮廓和表面取向识别具有明显的优 越性； 光谱成像技术是光谱分析和图像分析技术的完美结合，不 仅具有图像分辨能力，还有光谱分辨能力，利用物体表面 成分的光谱差异，对目标进行识别和分类，在目标探测中 具有重要的应用。
Temperature:26 C Driving Frequrency: 1kHz
10
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5
Transmission
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多光谱成像
多光谱成像多光谱成像技术是一种利用多种不同频段的波段来披露信息的高级成像技术，它已经广泛应用于环境监测、遥感成像、医学成像、军事情报、航空航天、农业技术等诸多方面。
多光谱成像技术通过收集多个不同频段的信号，分析这些信号，从而获取更为丰富的信息，提供更加精细的空间分辨率，并且得到更精确的结果。
大多数多光谱成像系统所使用的多个波段可以从可见光（Visible）、近红外（Near Infrared）、中红外（Mid Infrared）和远红外（Far Infrared）等不同频段组合而成。
多光谱成像技术的主要功能包括定量分析和定性分析。
定量分析是根据不同物体的多光谱反射和吸收情况，对物体组成的各种特性，如草地中的植物种类、藻类的含量、土壤质量以及水体中悬浮物的粒径等，进行精确定量的分析。
而定性分析则是指，根据多光谱反射和吸收的结果，对目标物进行分类、景观特征分析和地物识别等，从而实现对环境变化情况的探寻和跟踪。
多光谱成像技术还可以用于测定物体表面的温度、检测污染物质扩散的情况以及地表受力的变化等等。
许多多光谱成像系统可以提供多种参数的同时测量，如太阳辐射、能量、湿度、动态变化等，从而可以有效地捕捉出实际环境变化的细微变化，从而辅助制定准确的管理决策。
日益加强的计算机硬件、软件和信息处理技术，使多光谱成像技术得以广泛的应用，它已成为监测和评估环境变化的首选技术。
多光谱成像技术可以很好地满足政府、科研机构、企业等组织的需求，让他们能够更好地进行资源管理和可持续发展的工作。
此外，多光谱成像技术还可以应用于预防灾害预警和救灾工作，以及军事、气象、搜索救援等领域，以提高安全水平。
总之，多光谱成像技术已成为现代科学技术应用的重要组成部分，它可以提供更丰富的信息，实现对自然和人工环境中细微差异的快速捕捉，为研究和决策者提供实用的信息依据，以期提升经济、社会及环境可持续发展水平。
光谱成像技术发展概况
遥感技术光谱成像技术发展概况张海峰北京信息技术研究所摘要本文阐述了光谱成像技术的分类和光谱波段段的划分及其应用背号，进一步综述了光谱成像的发展历史及其典型的遥感用的光谱成像仪，并对未来的发展趋势进行了展望．关键词光谱成像多光谱超光谱极光谱遥感１引言自２０世纪８０年代初美国喷气推进实验室（３ＰＬ）提出光谱成像仪新概念后，遥感技术正在发生革命性飞跃。
光谱成像技术将成像技术和光谱技术结合在一起，是一种将光学、光谱学、精密机械、电子技术以及计算机技术融于一体的新型遥感技术。
由于光谱成像仪具有高光谱分辨率的巨大优势，在探测物体空间特征的同时对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为ｔｏｎｍ左右的连续光谱信息，达到从空间直接识别地球表面物质的目的，因而在经济建设和军事上均有极高应用价值。
光谱成像技术根据场景成像方式的不同可分为掸扫型光谱成像仪、推扫型（亦称推帚型）光谱成像仪和凝视型光谱成像仪。
按照波段数目和光谱分辨率的不同，目前大致分为三类：多光谱ｍｕｌｔｉ．ｓｐｅｃｔｒａ／）成像：其波段数为１０～５０个，光谱分辨率（△＾／＾）为０．Ｉ。
超光谱（ｈｙｐｅｒ－ｓｐｅｃｔｒａｌ）成像：其波段数为５０～１０００个，光谱分辨率（△＾／＾）为Ｏ．０ｌ。
超光谱成像技术员原先就是为军事应用开发的，工作波段通常落在０．４哪～１．５ｂｕｎ波段上，设计用于发现伪装目标。
例如．美国ｕ．２高空侦察机早期不能实时获取情报，更不能发现难以探测的目标如掩埋的目标。
为此，美国空军制定了多传感器侦察系统（Ｍａｒｓ）改进计划，其中包括ＡＳＡＲＳ．２合成孔径雷达、多光谱成像仪和新的超光谱成像仪。
（接第２５１页）图像的自动连续制图以及缺少地面控制点地区的遥感制图具有十分重要的意义。
由于ＳＯＭ投影的理论复杂性，目前仅有美国使用。
在我国，目前对影像的处理仍然沿用系统校正和多项式校正的混合处理方法，处理效率低，几何保真度差，因此开展ＳＯＭ投影的应用研究具有极端重要性。
近红外光谱成像技术在医学中的应用
近红外光谱成像技术在医学中的应用近红外光谱成像技术（Near-infrared Spectroscopy Imaging，NIRSI）在医学中的应用越来越广泛，它具有无创、无辐射、高灵敏度、高分辨率等优点，在临床生物医学研究、疾病诊断、治疗和监测等方面都有着广泛的应用前景和重要的意义。
本文将阐述NIRSI的原理与应用，在医学领域中的研究现状和前景。
原理NIRSI是一种成像技术，基于近红外（NIR）光在组织中的散射和吸收特性，通过测量组织表面NIR光在不同波长下的吸收、散射和反射光谱，进而对组织的成分、生理功能和病理状态进行研究和分析。
NIR谱图可以获得有效的生物分子组成信息，如氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、水等指标，以及钙离子、荧光染料、药物等的分布情况，为生物医学研究提供了定量信息和高灵敏度的表征手段。
应用1. 脑功能成像NIRSI可以通过监测耳和额叶区域的组织NIR信号，实现对脑功能活动和缺血缺氧状态的观察和诊断。
在脑卒中、脑外伤等神经系统疾病治疗过程中，NIRSI可以帮助临床医生实时监控患者的脑部灌注、代谢情况，及时发现并处理潜在风险。
研究还表明，NIRSI能准确识别脑死亡患者，具有广泛的临床价值。
2. 心血管疾病诊断心血管疾病是全球范围内死亡率最高的疾病，NIRSI在心血管疾病的早期诊断和治疗中发挥着重要作用。
NIRSI可以实现对心脏及周围血管的血流、血氧饱和度、组织代谢等指标的测量与评估，同时也可以监测治疗的效果。
NIRSI技术支持的成像软件还可以通过对差异信号灰度值和高斯模型拟合来检测血管内皮功能异常，为心血管科医生提供了有力的辅助手段。
3. 肿瘤诊断NIRSI技术在肿瘤诊断和治疗中有着极大的潜力。
肿瘤组织与正常组织在信号反射、传输和吸收方面有较大的差异，这可以被NIRSI较为准确地测量和分析出来。
NIRSI成像技术可以通过测量组织氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的变化，来评估肿瘤组织的血供情况和代谢状态；同时，NIRSI技术也可以利用组织对荧光染料的吸收和散射特性，实现肿瘤的早期检测和定位。
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（≤ 1-02λ、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 、9001700 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。
高光谱成像系统的应用1 在农业中的应用•检测水果的产量、破损和坚实度等方面。
超光谱成像技术
超光谱成像技术一、简介超光谱成像技术是一种集光学、光谱学、精密机械、电子技术及计算机技术于一体的新型遥感技术，属于当前可见红外遥感器的前沿科学。
不同于传统的单一波段成像技术，超光谱成像是将成像技术和光谱测量技术相结合，获取的信息不仅涉及目的景物的二维空间信息，还包含随波长分布的光谱辐射信息, 形成所谓的“数据立方”，如图1 所示。
xy图1 超光谱成像的数据立方传统的光学成像技术是运用物质的形态特性来区分它们，而这种技术并不总是高效率的。
例如，对海水中叶绿素浓度的测量单靠形态学的特性，其测量精度往往是很低的。
然而若运用物质光谱特性法来解决，便可得到人们极其满意的结果。
众所周知，任何两种不同的物质决不会有完全相同的光谱特性曲线。
反之，任何一种物质也决不会有两种不同的光谱特性曲线。
也就是说物质的光谱特性曲线是唯一的。
于是，把光谱分辨率和空间分辨率结合起来，便具有更高的探测和辨认物质的能力。
因此，超光谱成像技术的产生及其飞速发展是显而易见的。
丰富的目的光谱信息结合目的空间影像极大提高了目的探测的准确性，扩展了传统探测技术的功能，目前这一技术已广泛应用于陆地海洋地理遥感, 大气、土壤和水体的污染物遥感监测, 医疗光谱成像诊断, 军事目的侦查探测、监视等多个军事和民用领域。
二、发展现状和趋势超光谱成像技术的发展一方面是从遥感领域开始的，20 世纪80年代国际遥感发展最具标志性的成果就是成像光谱仪的出现，它的出现启动了超光谱成像探测技术的开端。
自从1983 年美国喷气推动实验室(JPL)研制第一台成像光谱仪(AIS-I)以来，成像光谱的研究日趋活跃。
从第一代AIS 的32个连续波段，到第二代高光谱成像仪 航空可见光/近红外成像光谱仪(A VIRIS)的224个波段，光谱分辨率在不断提高，A VIRIS 是初次测量全反射波长范围(0.4～2.5μm)的成像光谱仪。
此外，工作在中波红外(3～5μm)、长波红外(8～14μm)波段的成像光谱仪也获得了重要发展，典型的有美国喷气推动实验室(JPL)的ASTER 星载遥感器及美国军方“联合多光谱计划(JMSP)”研制的SEBASS 机载红外成像光谱仪。
干涉成像光谱技术
干涉成像光谱技术摘要: 干涉成像光谱技术是当今可见光和红外遥感器探测技术的前沿科学，是当今成像技术与光谱技术的有机结合，目前它已成为人们研究和获取目标三维信息（二维空间信息和一维光谱信息）的重要手段和前沿学科。
成像光谱仪把成像技术和光谱技术融为一体，可以在空间以及光谱两个方向上对目标进行识别分析。
关键词: 干涉干涉成像光谱技术傅利叶光学干涉仪1 、前言干涉成像光谱技术始源于干涉光谱学的发展。
1880 年，迈克耳逊发明了以他的名字命名的干涉仪。
1887 年，迈克耳逊与莫雷进行了旨在检验以太风的著名实验: 迈克耳逊一莫雷实验。
这一实验的零结果否定了绝对惯性系以太的存在，确立了后来爱因斯坦创立狭义相对论两条基本假设之一的光速不变原理，迈克耳逊一莫雷实验比爱因斯坦早18 年提出了物质世界的这一基本规律。
20 世纪前半叶，航天技术得到了前所未有的高速发展，为空间探测和地表探测创造了条件，同时也为空间探测技术提出了更多的需求。
人们希望得到的不只是单纯的目标光谱或目标形影信息，而希望能够同时得到目标的形影信息和光谱信息。
这一极大的社会需求导致了成像仪与光谱仪的结合以及成像光谱技术的产生。
成像光谱技术从原理上讲分为色散型和干涉型两大类: 色散型成像光谱仪是利用色散元件（光栅或棱镜等）将复色光色散分成序列谱线, 然后再用探测器测量每一谱线元的强度。
而干涉型成像光谱仪是同时测量所有谱线元的干涉强度, 对干涉图进行逆傅里叶变换将得到目标的光谱图。
2、干涉成像光谱仪的原理图 1 是基于迈克耳逊干涉仪基础上的时间调制干涉成像光谱仪原理图。
下面我们将通过迈氏干涉仪的双光束干涉机理产生的干涉图的定量分析及处理来阐明干涉成像光谱技术的基本原理。
设从光源发出的单色光经前置光学系统后成为一束电矢量振幅为 E 。
（ c 为波数）的准直光束射入迈克耳逊干涉仪，任一时刻 t ，位置坐标为z 处的光波表达 式为此光波到达分束板后，被分割成一束透射光和一束反射光， 经M 、MZ 反射后 又返回分束板，分别经透射和反射到达探测器。
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成像光谱技术
1.成像光谱技术发展简述
光谱技术是指利用光与物质的相互作用研究分子结构及动态特性的学科，即通过获取光的发射、吸收与散射信息可获得与样品相关的化学信息，成像技术则是获取目标的影像信息，研究目标的空间特性信息。
这两个独立的学科在各自的领域里已有数百年的发展历史，但是知道上个世纪六十年代，遥感技术兴起，空间探测和地表探测一时成为科学界研究的热点，人们希望得到的不单纯是目标的影响信息或者目标的光谱信息，而是同时得到影像信息和光谱信息，这一需求极大的导致了成像技术和光谱技术的结合，催生出了成像光谱技术。
所谓光谱成像技术，其本质是充分利用了物质对不同电磁波谱的吸收或辐射特性，在普通的二维空间成像的基础上，增加了一维的光谱信息。
由于地物物质组成的不同，其对应的光谱之间存在差异（即指纹效应），从而可以利用地物目标的光谱进行识别和分类。
光谱成像技术可以在电磁波段的紫外、可见光、近红外和中红外区域，获取许多窄并且光谱连续的图像数据，为每个像元提供一条完整并且连续的光谱曲线。
图1 成像光谱技术示意图
图1.1就是成像光谱技术的示意图，成像光谱仪得到一个三维的数据立方体，从每个空间象元都可以提取一条连续的光谱曲线，通过谱线的特征分析，继而用于后续的测探等目的。
2.成像光谱仪的分类
成像光谱仪是成像光谱技术发展的必然产物，是可以同时获取影像信息与像元的光谱信息的光学传感器，是成像光谱技术得以实现的实物载体，根据不同的分类标准可以进行多种分类，主要有以下几种：
(1)根据成像光谱仪的光谱分辨率不同，可以分为多光谱成像仪
(Multispectral Imager, MSI)，高光谱成像仪(Hyperspectral Imager, HSI)，超光谱成像仪(Hyperspectral Imager, USI)。
多光谱成像仪：获得的目标物的波段在3~12之间，光谱分辨率一般在
100nm左右，主要用于地带分类等方面。
高光谱成像仪：获得的目标物的波段在100~200之间，光谱分辨率在10nm 左右，被广泛用于遥感中。
超光谱成像仪：获得的目标物的波段在1000~10000之间，光谱分辨率在
1nm以下，通常用于大气微粒探测等精细探测领域。
(2)按照分光原理的不同可以分为棱镜色散型、光栅衍射型、滤光片型、干涉
型以及计算层析型。
棱镜色散型和光栅衍射型分别是利用棱镜的色散和光栅的衍射来获取目标物的光谱，这两类光谱仪都是直接型光谱仪，即可以直接得到目标物的光谱曲线，具有原理简单和性能稳定等优点。
滤光片型光谱仪是采用相机加滤光片的方案，分光元件为滤光片，有多种形式，有线性滤光片、旋转滤光片等。
这种光谱仪也是一种间接成像光谱仪，需要调制才能获得整个数据立方体
干涉型光谱仪是采用干涉仪实现两束相干光的干涉，从而获得目标物的干涉图。
该类型的光谱仪其采集到干涉图和最终需要反演得到光谱图之间存在傅里叶变换关系，故其也称傅里叶变换光谱仪。
(3)按照扫描方式不同，成像光谱技术可分为挥扫式(Whiskbroom)、推扫式(Pushbroom)和凝视(Staring)成像光谱仪。
挥扫视：主要利用扫描镜，将空间信息按照一定的顺序输入，再由光谱仪对各点进行光谱分光，这类光谱仪的探测器一般为线阵。
推扫式：采用一个垂直于运动方向的面阵探测器，先将扫描成像于光谱仪的狭缝上，在通过运动获得另一维的光谱数据。
凝视型：无需探测器的运动，在任意时刻即可获取目标的二维空间信息以及一维光谱信息。
此外，还有多种分类方法，比如按照数据称重理论和调制方式以及搭载平台的不同等等。
3.成像光谱技术的应用
成像光谱技术应用方向可以分为两大类：军用和民用。
在军用方面，由于成像光谱仪特别是高光谱成像仪具有在光谱上区分地物类型的能力，因此它在地物的精细分类、目标检测和变化检测上体现出较强的优势，成为一种重要的战场侦察手段。
早在20世纪末，美国军方就有实验表明高光谱图像可以分辨出
自然草地背景下的真实目标和虚假目标；沙漠背景下可以快速的检测出战术小目标。
在民用方面，成像光谱仪广泛用在水体监测，矿物识别以及植物生态学等方面。
高光谱数据的精细光谱分辨率可用于识别和估算水域中的叶绿素及悬浮物的含量，还可以监测水质受到化学污染的情况；由于不同金属离子在电子跃迁时形成的典型光谱特征不同，可以监测地下矿物，并能精确的绘制出不同金属分布的丰度图；着眼于大的方面高光谱遥感改善了认识对植被的识别和分类精度，从细小的方面来看，高光谱技术可以检测到某个植物的叶子水分、叶绿素、纤维素、木质素及其他成分，获得植物的精细生长状况，也别有利于检测
病虫害的发生。
图2 某地区的全色图像（左）和其高光谱图像（右）如图2所示，是拍摄到的某地区的全色图像和高光谱图像，图中圈出来的地方是待检测目标物，如图所示，左图无法检测出目标物而右侧的光谱图可以
将目标物检测出来。
图3利用成像光谱仪绘制的某地区矿物分布情况图3是利用成像光谱仪绘制的某地区矿物分布情况，不同的颜色代表不同的矿物质集群。