7.光谱成像技术.ppt

成像光谱仪技术的历史于现状 ?八十年代初，美国喷气推进实验室（JPL）提出了概念； ?十年时间建立起成像光谱仪器技术，制成机载成像光谱仪；具有典型意义的两只仪器是：机载可见/红外成像光谱仪（AVIRIS）和中分辨率成像光谱仪（MODIS）。  ?九十年代中期出现的超光谱成像仪（Hyper Spectrometer Imager）的新型遥感仪。 ?棱镜或光栅色散型成像光谱仪技术成熟,应用广泛；傅里叶变换光谱仪是遥感探测可见和红外弱辐射的有力工具；光楔成像光谱仪结构简单, 已走向实用化；采用可调谐滤光片的成像光谱仪也已投入研究应用；层析成像光谱仪处在实验阶段; 从空间对地球表面物质进行精细光谱的测量，首次实验证实是1981年利用航天飞机飞行实现的。宇航员利用由JPL研制的航天飞机多谱段红外辐射计（SMIRR），对全世界各大洲的陆地和海洋表面进行测量，得到光谱数据。当时，该仪器在0.4 ? 2.4μm范围有10个光谱通道。在2.0?2.4μm范围有5个精细光谱通道。它们的中心波长、半宽度为：2.10±0.02/0.10；2.17±0.05/0.02；2.20±0.05/0.02；2.22±0.05/0.02；2.35±0.05/0.06（μm）。它们分辨能力为20nm。同时，还在现场对目标取样，如埃及的土壤和岩石。空间测量的数据同实验室测量结果相符。精细光谱遥感原理得到证实。SMIRR收集的红外光谱，可以在带（HO）基的粘土中区分出各种碳酸盐矿物质。地表反射率的细微变化可鉴别出粘土矿物中的特殊成份。如：高岭土、蒙利石等。 　　分析光谱表明，为获取物质信息，在探测光谱的变化时，对于探测仪器提出了光谱和能量两方面的探测能力的需求。例如，探测叶绿素在0.8μm的蓝移，需要优於10nm的光谱分辨能力；优於100：1的信噪比。在2.2μm附近的矿物质（如高岭土类）探测，需要优於10nm光谱分辨率和50：1信噪比。这些需求决定了遥感仪器性能参数的设计准则。 弹扫式光谱成像装置 推扫式光谱成像装置 推 扫 式 光 谱 成 像 装 置 凝视式光谱成像装置 凝视式光谱成像装置实物图 西洋参的空间光谱 图象处理模式的关键技术： ⑴超多维光谱图象信息的显示，如图象立方体的生成； 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。 成像光谱仪结构示意图 （扫描形式） LCD电可调 光谱成像装置 （非扫描型式） 紫外双光谱图像仪光路图 探测光谱的微小差别 光谱分类 绿色：正常的上皮细胞核 蓝色：基细胞核 红色：癌细胞核 粉红：腺 黄色：细胞质 3. 生物学应用：前列腺癌细胞的光谱区分 RGB显示 光谱图像分像器 狭缝 像增强器 摄像机 读出系统 控 制 电 路 控 制 电 路 控 制 电 路 像增强器 摄像机 读出系统 像增强器 摄像机 读出系统 像增强器 摄像机 读出系统 柱面 透镜 焦平面光 栅光谱仪 爆炸室 光纤 计算机及图像处理系统 控 制 电 路 起爆开关 触发开关 作 业 题 1.简述光谱成像与普通成像的主要区别，前者与后者相比有哪些特点？ 2.光谱成像的类型，试写出凝视式光谱成像的主要组成。 1/8比例的M1-A1坦克隐藏在景物中 2. 分辨隐藏物体： 光谱对比后显现出坦克的位置 区分药材或饮片的伪品 a b d c 饮片图说明:a-西洋参;b-生晒参;c-白芷;d-桔梗 西洋参及常见冒用品的特征光谱曲线 ?基本概念： 光学成像技术－空间分辨率 光谱分析技术－光谱分辨率 光谱成像技术－光谱和空间两个方面对目标进行分析和识别。 ?光谱仪： 棱镜光谱仪、光栅光谱仪、滤光片、LCD电可调滤光片、干涉光谱 ?功用： 1999年美国的对地观测系统计划实施以后，中分辨率成像光谱仪成了该计划中最有特色的仪器之一。美国航空航天局称：“如果把地球比作一位从来就没有做健康检查的中年人的话，中分辨率成像光谱就是科学家对具有45亿年历史的地球的健康状况第一次进行全面检查和综合诊断的科学工具。”而能够良好地接收卫星发射的对地球观测图像和其它数据，则可看作是给地球填写准确的“化验单”。 ?主要应用领域： 军事科学－把伪装和人工植被同真实植物和树木区分开来 高分辨彩色成像 生物医学 质量分析/控制（QA/QC） 遥感测量－地质、地貌、城市环境、农业科技等。 刑侦分析－刑检、文检 遥感测量 林业遥感－林业资源、毁林造林以及森林