成像光谱仪的特点及结构
成像光谱仪特点
成像光谱仪特点
成像光谱仪的主要特点如下：
1、高光谱分辨率：成像光谱仪能够获取地表物体的高光谱分辨率数据，这意味着它能够提供比传统遥感器更详细的地物光谱信息。
这使得成像光谱仪在识别和分析地表物质方面具有更高的精度和灵敏度。
2、多光谱成像：成像光谱仪通常具有多个光谱通道，每个通道覆盖不同的光谱范围。
这使得它能够同时获取地表物体的多个光谱信息，从而提供更全面的地物特征。
3、高空间分辨率：成像光谱仪通常具有较高的空间分辨率，这意味着它能够获取地表物体的详细形状和结构信息。
这使得成像光谱仪在地质调查、环境监测、城市规划等领域具有广泛的应用前景。
4、实时数据处理：成像光谱仪通常配备有实时数据处理系统，能够实时处理和分析获取的光谱数据。
这使得成像光谱仪在实时监测和预警方面具有较高的应用价值。
光谱仪简介介绍
佩戴防护眼镜
光谱仪在工作时会产生较强的光线，为避免对眼睛 造成伤害，应佩戴防护眼镜。
防止电击
光谱仪的电源部分带有高压，为避免触电危 险，在操作过程中不要随意打开仪器外壳。
日常维护保养建议
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定期清洁
保持光谱仪的清洁，定期 使用干净的布擦拭仪器外 壳和光学元件，避免灰尘 和污垢影响仪器性能。
作用
光谱仪广泛应用于物理、化学、生物、医学、材料科学、环境监 测等领域，对于研究物质性质、发现新物质、监测环境污染等具 有重要意义。
光谱仪工作原理
光谱产生
光谱仪利用光源发出的光照射样品，样品中的原子 、分子或离子吸收或发射特定波长的光，形成光谱 。
分光系统
光谱仪通过分光系统（如棱镜、光栅等）将光谱按 波长顺序分开，形成光谱图。
精度
指光谱仪测量结果的准确程度 ，包括波长精度和光强精度等 ，精度越高，测量结果越可靠 。
灵敏度
指光谱仪对光信号的敏感程度 ，即能够检测到的最小光强， 灵敏度越高，对弱信号的检测 能力越强。
动态范围
指光谱仪能够同时测量的最大 光强和最小光强之比，动态范 围越大，光谱仪的应用范围越 广。
性能评价方法论述
波长的光强，实现高精度的光谱分析。
宽测量范围
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光谱仪可覆盖较宽的光谱范围，适用于多种不同波长范围的样
品测量和分析。
快速测量
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光谱仪采用高速数据处理系统，能够实现快速测量和实时显示
测量结果，提高工作效率。
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光谱仪性能指标评价方法
性能参数指标解读
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实验室常用光谱仪及其它们各自的原理
实验室常用光谱仪及其它们各自的原理光谱仪，又称分光仪。
以光电倍增管等光探测器在不同波长位置，测量谱线强度的装置。
其构造由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和一个或多个出射狭缝组成。
以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上(或扫描某一波段)进行强度测定。
分为单色仪和多色仪两种。
下面就介绍几种实验室常用的光谱仪的工作原理，它们分别是：荧光直读光谱仪、红外光谱仪、直读光谱仪、成像光谱仪。
荧光直读光谱仪的原理：当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时,驱逐一个内层电子而出现一个空穴,使整个原子体系处于不稳定的激发态,激发态原子寿命约为(10)-12-(10)-14s,然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态.这个过程称为发射过程.发射过程既可以是非辐射跃迁,也可以是辐射跃迁.当较外层的电子跃迁到空穴时,所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子,此称为俄歇效应,亦称次级光电效应或无辐射效应,所逐出的次级光电子称为俄歇电子.它的能量是特征的,与入射辐射的能量无关.当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收,而是以辐射形式放出,便产生X 射线荧光,其能量等于两能级之间的能量差.因此,X射线荧光的能量或波长是特征性的,与元素有一一对应的关系.K层电子被逐出后,其空穴可以被外层中任一电子所填充,ad4yjmk从而可产生一系列的谱线,称为K系谱线:由L层跃迁到K层辐射的X射线叫Kα射线,由M层跃迁到K层辐射的X射线叫Kβ射线同样,L层电子被逐出可以产生L系辐射.如果入射的X 射线使某元素的K层电子激发成光电子后L层电子跃迁到K层,此时就有能量ΔE释放出来,且ΔE=EK-EL,这个能量是以X射线形式释放,产生的就是Kα 射线,同样还可以产生Kβ射线,L系射线等.莫斯莱(H.G.Moseley) 发现,荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关,其数学关系如下:λ=K(Z-s)-2 这就是莫斯莱定律,式中K和S是常数,因此,只要测出荧光X射线的波长,就可以知道元素的种类,这就是荧光X射线定性分析的基础.此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系,据此,可以进行元素定量分析.红外光谱仪的原理：红外光谱与分子的结构密切相关，是研究表征分子结构的一种有效手段，与其它方法相比较，红外光谱由于对样品没有任何限制，它是公认的一种重要分析工具。
高光谱遥感成像系统
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近年来，有代表性旳新产品
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热红外成像光谱仪
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几种常见旳航空高光谱成像仪
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2）航天成像光谱仪
在经过航空试验和成功运营应用之后，90年代末期终于迎来了高 光谱遥感旳航天发展。1999年美国地球观察计划（EOS）旳Terra 综合平台上旳中辨别率成像光谱仪（MODIS），欧洲环境卫星 （ENVISAT）上旳MERIS，以及欧洲旳CHRIS卫星相继升空，宣 告了航天高光谱时代旳来临。
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美国对航天成像光谱技术旳研究一直遥遥领先 ，但是发展之路也并非一
帆风顺，全球第一种星载高光谱成像器于1997 年在NASA伴随Lewis卫星
发射升空，它包括了384个波段涵盖了4002500nm波段，不幸旳是这颗
卫星控制出现问题，失去了动力，升空一种月 后就偏离了轨道。2023年
旳Orbview-4卫星发射失败，但是经过数年旳
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80年代早期高光谱航天成像光谱仪
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AVIRIS
航空可见光/红外成像光谱仪AVIRIS。 80年代后期，美国喷气推动研究室（JPL） 制成机载可见红外成像光谱仪（AVIRIS） 旳完整样机。该成像光谱仪可在0.4μm～ 2.45μm旳波长范围获取224个连续旳光谱 波段图像。波段宽度10nm。当飞机在20km 高空飞行 时，图像地面辨别率可达20m。
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四.光谱成像旳方式
完毕成像方式是一种集探测技术，精密光学机械，薄弱信 号探测，计算机技术及信息处理技术等为一体旳综合性技 术。其中硬件技术旳成熟会不断推动成像光谱技术旳提升， 所以有必要对于成像光谱旳硬件技术进行了解。
高光谱遥感旳成像涉及空间维成像和光谱维成像。
高光谱成像光谱仪按照工作原理及分类
高光谱成像光谱仪按照工作原理可分为两种基本类型。
一种是线阵列光学机械式扫描。
这种线阵列成像光谱仪将产生200多个连续窄光谱段。
这种扫描式的高光谱成像光谱仪主要用于航空遥感探测，因为飞机的飞行速度较慢，有利于提高空间分辨率。
如航空可见光/红外成像光谱仪(AVIRIS)可见光/近红外有224个波段，光谱范围从0.38μm~2.5nm，波段宽度很窄，仅为10nm。
中国科学院上海技术物理研究所研制的机载成像光谱仪也是这种类型的。
另一种是面阵列推帚式成像光谱仪。
它利用线阵列探测器进行推帚式扫描，形成二维面阵列，一维是线阵列，另一维作光谱仪。
图像一行一行地记录数据，不再移动元件，有多少个波段就有多少个探测元件。
如加拿大的小型机载成像光谱仪(CASI) 和我国的推帚式成像光谱仪
(PHI)就属于这种类型。
成像光谱仪及其应用概述
成像光谱仪简介及其应用概述成像光谱仪：将成像技术和光谱技术结合在一起，在探测物体空间特征的同时并对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为10nm左右的连续光谱覆盖。
它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像。
在陆地、大气、海洋等领域的研究观测中有广泛的应用。
成像光谱仪–概述成像光谱仪是20世纪80年代开始在多光谱遥感成像技术的基础上发展起来的，它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像，在航空、航天器上进行陆地、大气、海洋等观测中有广泛的应用，高成像光谱仪可以应用在地物精确分类、地物识别、地物特征信息的提取。
建立目标的高光谱遥感信息处理和定量化分析模型后，可提高高光谱数据处理的自动化和智能化水平.。
由于成像光谱仪高光谱分辨率的巨大优势，在空间对地观测的同时获取众多连续波段的地物光谱图像，达到从空间直接识别地球表面物质的目的，成为遥感领域的一大热点，正在成为当代空间对地观测的主要技术手段。
地面上采用成像光谱仪也取得了很大的成果，如科学研究、工农林业环境保护等方面。
成像光谱仪主要性能参数是：（1）噪声等效反射率差（NE∆p），体现为信噪比（SNR）；（2）瞬时视场角（IFOV），体现为地面分辨率；（3）光谱分辨率，直观地表现为波段多少和波段谱宽。
高光谱分辨率遥感信息分析处理，集中于光谱维上进行图象信息的展开和定量分析，其图象处理模式的关键技术有：⑴超多维光谱图象信息的显示，如图像立方体（见图一）的生成；⑵光谱重建，即成像光谱数据的定标、定量化和大气纠正模型与算法，依此实现成像光谱信息的图象-光谱转换；⑶光谱编码，尤其指光谱吸收位置、深度、对称性等光谱特征参数的算法；⑷基于光谱数据库的地物光谱匹配识别算法；⑸混合光谱分解模型；⑹基于光谱模型的地表生物物理化学过程与参数的识别和反演算法。
高光谱分辨率成像光谱遥感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。
Headwall高光谱成像光谱仪
Hyperspec 高光谱成像分析仪
TM
遥感探测
生命科学
食品安全
流程制造
采矿与产探测
空间与卫星
系统规格
国际认同，多项奖励
100 Award
Product Innovation Award
Achievement Award
New England Innovation Award
一体 式 镜扫系 统
自动聚焦、扫描功能 快速获取高光谱空间数据 可选定位平台、光源等
机载/艇 载系统
低重量 、 高性能的成像光谱 系统 可见 、 近红外多波段可选 完整硬件 、 软件支持的解决 方案
NBL IMAGING SYSTEM LTD．
应用领域
遥感探测 精细农业，环境监测 采矿和勘探 食品安全和质量控制 军事/国 防,目 标识别和跟踪 法庭科学 生命科学，显微成像 制药，药物研究 循环生产和分选 机器视觉 叶片的高光谱观察和伪彩显示
TM
TM
室内、室外 、镜扫、机载/艇 载等多 种平台可选
带移 动 台的室 内 平台
配备全视野宽度均一线性照 明光源, VIS-SW IR通用 同步载物台/相 机操作 光源距离和成像距离可调 250毫米线性移动距离，0.5um 步进精度
倾斜和 摆 扫的 野 外平台
倾斜和摆扫两种模式,多 个 安装位置 最大有效载荷：11Kg 旋转精度：0.0075° 全景环扫功能
Hyperspec 高光谱成像分析仪
产品特点 Hyperspec 高光谱成像分析仪
专利的全息光栅为核心的C-T同轴反射光路设计 优良的色差校正光学性能, 超 低杂散光<0.02% 出厂前光学校准，使用时无需再次校准 狭缝可更换，适用多种环境要求 最佳高光谱分辨率 1-2 nm 光谱探测无运动部件，成像更稳定 VIS, VNIR, EVNIR, NIR, SW IR可选 （380-825nm）,（400-1000nm）,（600-1600nm）, （900-1700nm）,（ 1000-2500 nm） 多种焦距像差校正镜头可选, 最 大光圈F/ N1.4~2.2 (根据镜头选择略有不同) 可选光纤输入，多达100点以上同步探测能力
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
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5.样品架：用于支撑和定位样品；
6.光学系统：将光信号聚焦到样品上，并将反射或散射光信号收集回来；
7.光谱仪：将反射或散射的光信号分解成不同波系统：用于处理并分析采集到的光谱数据。除了以上基本结构外，不同类型的成像光谱仪还可能包括滤光片、偏振器、扫描器等附加部件，以及不同种类的探测器、光学镜头等不同的光学元件。
成像光谱仪是一种能够在空间和光谱两个维度上记录样品信息的仪器。它的主要特点和结构如下：特点：
1.可以同时获得空间和光谱信息，可以对样品进行高分辨率的成像分析；
2.可以进行非破坏性分析，不需要对样品进行处理或破坏；
3.具有高灵敏度和高精度，可以检测到样品中微量的成分。结构：成像光谱仪通常由以下部分组成：