高光谱成像光谱扫描成像光谱仪66页PPT
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：
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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。
高光谱遥感第三章ppt课件
Lt
DN -b a
a (增益系数)，b (暗电流)
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
第三章
高光谱遥感图像
辐射与几何校正
场地定标常用方法：
- 反射率法 - 辐亮度法 - 辐照度法
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
第三章
高光谱遥感图像
辐射与几何校正
辐射传输方程为
dI dz
I
sI
B
sJ
是介质所有气体及粒子的吸收系数之和
是
s
介
质
所
有
气
体
及粒
子
的
散
射
系
数
之
和
B是介质热发射能量
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
第三章
高光谱遥感图像
辐射与几何校正
（3）场地定标 辐射校正场包括 敦煌陆面试验场和青海湖水面试验场；
辐射标准和设备定标实验室； 光学特性和环境参数观测实验室； 辐射校正资料处理、存档和信息服务实验室
第三章
高光谱遥感图像
辐射与几何校正
• 6S模型（Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum）
红外高光谱成像原理及数据处理
红外高光谱成像原理及数据处理
红外高光谱成像是一种结合了光谱技术和成像技术的
高级遥感方法，其原理主要基于不同物质在特定波长范围内的红外辐射特性。
具体过程如下：
1. 红外辐射与物质相互作用：
物质吸收、发射和散射红外光时，会根据其分子结构和化学成分呈现出特征性的光谱响应。
这种光谱响应可以在红外波段内形成独特的“指纹”信息，从而反映物质的类型和状态。
2. 高光谱成像采集：
红外高光谱成像系统通过分光元件将接收到的红外辐
射分解为多个窄波段，并在每个波段上获取一幅图像。
由此获得的数据集包含了目标区域每个像素点的光谱
数据，形成了所谓的高光谱立方体（Hyperspectral Cube），即三维数据集（两个空间维度加一个光谱维度）。
3. 数据处理与分析：
原始数据通常需要经过一系列预处理步骤，如噪声去除、
大气校正、几何校正等，以提高数据质量和适用性。
利用各种光谱分析技术（如连续窗函数分析、主成分分析、匹配滤波器、混合像元分解等）提取和识别出图像中各部分的光谱特征，进而对地物进行分类和识别。
在环境监测、地质矿物勘探、农业资源调查等领域，可通过高光谱数据解析植被生长状况、土壤成分、环境污染程度等信息。
总之，红外高光谱成像通过记录并分析地物在众多连续且精细的红外波段上的反射或发射特性，实现对地表物质的精确探测和定量分析。
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
高光谱成像高光谱成像是一种新兴的技术，可以在仪器的视场范围内同时快速测量和分析多个物体的光谱构成。
这些成像系统用在多个工业和商业领域，比如高速在线检测和严密的质量控制工序。
一般说来，在加工应用中捕捉精确的光谱信息，面临着机器视觉系统简单或单点光谱（single-point）测量的问题。
这些仪器系统的成本很高，且它们只可以在整个产品中进行小范围采样，导致了采样率较低。
然而高光谱成像不同，可以进行大批量检查。
并且可以侦查出任何产品的化学组成或光谱信号，只要在它的视场范围内。
并且在图像中，可以根据已经建立起来的谱库，用不同颜色标识出存在或者不存在的材料。
多光谱是指包含可见光和不可见光的光谱，多光谱成像属于广谱成像，是用仪器记录多种光谱成像，根据仪器和需求不同，记录的光谱范围也不同；把同一地区多光谱影像，配以红、绿、蓝滤光片重叠投影而形成的图像。
可见光成像：红、绿、蓝色差成像。
不可见光成像：热（释）红外成像。
传统的成像设备诸如数码相机、扫描仪采用RGB传感器进行彩色图像的采集。
通过这种方式得到物体光谱反射率的方法存在同色异谱问题,但在多光谱成像系统中却不存在这样的问题。
多光谱成像系统的特点是有一个由多个光学带通滤光片组成的滤片轮组成的光学通道，通过采集每个通道中的光谱图像来恢复物体本身的反射率进而得到物体的颜色图像。
相较于RGB彩色图像使用的三个光谱通道，多光谱图像中包含了更多的光谱信息，使图像的反射率重建更加准确。
天津菲林斯光电一．技术历史背景在现代科研过程中, 多数情况下必须对空间不均匀样品的分布特性加以分析和确认，使用传统的光谱仪仅仅能够以聚焦的镜头扫描样品或者获得整个样品的平均特性，这种光谱和空间信息不可兼得的局限性促使高光谱成像技术（Hyperspectral Imaging）应用而生。
早在20世纪60年代（1960s）人造地球卫星围绕地球获取地球的图片资料时，成像就成为研究地球的有利工具。
在传统的成像技术中，人们就知道黑白图像的灰度级别代表了光学特性的差异因而可用于辨别不同的材料，在此基础上，成像技术有了更高的发展，对地球成像时，选择一些颜色的滤波片成像对于提高对特殊农作物、研究大气、海洋、土壤等的辨别能力大有裨益。
仪器分析师进修课件-光谱分析法ppt(共101张PPT)
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光谱法可分为原子光谱法和分子光谱
法。
原子光谱法是由原子外层或内层电子
能级的变化产生的，它的表现形式为线光
谱。 属于这类分析方法的有原子发射光
谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS）， 原子荧光光谱法（AFS）以及X射线荧光光 谱法（XFS）等。
氙灯也可用作可见光源，当电流通 过氙灯时可以产生强辐射，它发射的连 续光谱分布在250 - 700nm。
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（3）红外光源
常用的红外光源是一种用电加热到温 度在1500-2000K之间的惰性固体，
光强最大的区域在6000- 5000cm-1。常 用的有奈斯特灯、硅碳棒。
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2. 线光源
（1）金属蒸气灯
Raman光谱法。
1. 连续光源 连续光源是指在很大的波长范围内能
发射强度平稳的具有连续光谱的光源。
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（1）紫外光源
紫外连续光源主要采用氢灯或氘灯。 它 们在低压（103Pa）下以电激发的方式产生 的连续光谱范围为160 -375 nm。
高压氢灯以2000 - 6000V的高压使两个铝电 极之间发生放电。
原子受高能辐射激发，其内层电子能级
跃迁，即发射出特征X射线，称为X射线荧光。 用X射线管发生的一次X射线来激发X射线荧光
是最常用的方法。测量X射线的能量（或波长） 可以进行定性分析，测量其强度可以进行定量 分析。
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❖3. 原子发射光谱分析法 用火焰、电弧、等离子炬等作为激
发源，使气态原子或离子的外层电子
在透明封套内含有低压气体元素，常 见的是汞灯和钠蒸气灯。
高光谱成像光谱扫描成像光谱仪
3.1 遥感平台
3、航天遥感平台
卫星轨道参数
1、赤道坐标系
赤道坐标系是取赤道面 为基准面，以地球自转 轴、以及从地心指向春 分点的直线为坐标轴所 构成的坐标系。虽然由 于地轴的进动，该坐标 系相对于恒星其位置是 变动的，但是，对于轨 道寿命有限的卫星运动 来说，影响很小。
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3.1 遥感平台
地球静止轨道（geostationary satellite orbit） 能够长时间观测特定地区，卫星高度高，能将大范围的区域 同时收入视野，应用于气象和通讯领域
太阳同步轨道（ sun-synchronous satellite orbit ）：
卫星的轨道面以与地球的公转方向相同方向而同时旋转的近 圆形轨道。
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3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
按航天遥感平台的服务内容，可分为 1）气象卫星系列 2）陆地卫星系列 3）海洋卫星系列
课本知识自学
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3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
航天遥感特点：
观察范围大，发现宏观、整体的特征； 效率高于航空遥感； 获取同样数量的数据时，费用较低； 适于动态监测； 分辨率一般低于航空遥感，但已大大改善
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开普勒定律（
Major axis
Minor axis
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3.1 遥感平台 3、航天遥感平台
开普勒第三定律
行星的公转周期的平方与它的轨道平均半径的立方成正比。
卫星绕地球的运行周期的平方与它的轨道平均半径的立方成 正比。 T2/（R+H）3=C T：运行周期，R：地球半径；H：离地高度；C：开普勒常数
当i=90时，卫星绕过两极运行，叫“极轨”或“两极”卫星；
当i=0或180时，卫星绕赤道上空运行，叫“赤道卫星”。
高光谱成像系统组成和成像原理
高光谱成像系统组成和成像原理
高光谱成像系统是一种能够获取物体高分辨率光谱信息的成像技术。
它由多个组件构成，并且基于特定的成像原理工作。
高光谱成像系统的组成一般包括以下部分：
1. 光源：提供照明物体的光线，通常使用可见光或近红外光。
2. 分光器：将入射光分解成不同波长的光，并将其投射到物体上。
3. 成像传感器：用于捕捉物体反射或透射的光信号，并将其转换为数字信号。
4. 计算机：用于处理和分析获取到的高光谱数据。
5. 软件：对数据进行处理、分析和可视化的工具。
高光谱成像的原理是通过对物体在不同波长下的反射或透射光谱进行测量，从而获得物体的光谱特征信息。
系统中的分光器将光源发出的光分解成一系列狭窄的波长带，每个波长带对应一个特定的光谱通道。
这些光谱通道同时照射到物体上，物体对不同波长光的反射或透射程度不同，从而形成了物体的高光谱图像。
高光谱图像包含了丰富的光谱信息，通过对这些信息的分析，可以获得物体的化学成分、物理结构和特征等信息。
高光谱成像技术在农业、环境监测、地质勘探、医疗诊断等领域有广泛的应用。
需要注意的是，实际的高光谱成像系统可能会根据具体应用和需求而有所差异，但以上描述提供了一般的组成和原理。
高光谱成像技术的原理-概述说明以及解释
高光谱成像技术的原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述是引言部分的一部分，它旨在向读者介绍高光谱成像技术的基本概念和背景。
高光谱成像技术是一种基于光谱分析的图像获取方法，可以获取物体在不同波长下的光谱信息，从而实现对物体的精细分析和识别。
该技术结合了光谱学、光学和图像处理等多学科的知识，广泛应用于农业、环境保护、地质勘探、医学等领域。
传统的成像方法一般只能获取物体的灰度或彩色图像，而高光谱成像技术能够获取物体在数百个或数千个连续波长范围内的光谱数据，使得物体的细微差别能够被有效检测和分析。
通过对不同波长下的光谱反射率进行分析，可以获得物体的光谱特征，比如吸收峰、反射特性等，从而可以实现对物体的材质、组织、化学成分等进行定量和定性分析。
高光谱成像技术的应用非常广泛。
在农业领域，可以通过对农作物的高光谱图像进行分析，实现对农作物的健康状况、营养状况和水分状况的监测和管理。
在环境保护领域，可以通过对水体、土地和大气环境等进行高光谱成像，实现对环境质量的监测和评估。
在地质勘探领域，可以利用高光谱成像技术进行矿产勘查和地质灾害监测。
在医学领域，可以通过高光谱成像技术实现对皮肤病变、肿瘤和血液疾病等进行快速诊断和监测。
然而，高光谱成像技术也存在一些局限性。
首先，高光谱成像技术需要大量的光谱数据和复杂的图像处理算法，对硬件设备和计算资源的要求较高。
其次，高光谱成像技术对环境的光照条件和物体的表面特性比较敏感，可能受到光照不均匀和表面反射率变化等因素的影响。
此外，高光谱成像技术在实际应用中仍面临一些挑战，如传感器的成本和体积、采集速度的限制等。
尽管高光谱成像技术存在一些挑战和限制，但随着科学技术的不断进步，相信在未来的发展中，高光谱成像技术将更加成熟和普及，为各个领域提供更多的应用和发展机会。
文章结构部分的内容应该包括文章的主要章节和内容安排。
这部分通常介绍整篇文章的组织架构，让读者能够清楚地了解整篇文章的内容和结构。
高光谱检测技术PPT课件
定性分析常用的方法
• 聚类分析是典型的无监督模式识别方法, 利用同类样本 彼此相似, 即物以类聚 , 聚类分析就是使相似的样本聚 在一起, 从而达到分类的目的
• 另一种常用方法是Mahananobis距离, 其核心是通过多波 长下的光谱数据, 定量描述出测量样本离校正集样本的 位置, 因而在光谱匹配、异常点检测和模型外推方面都 很有用。
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对称伸缩振动---非对称伸缩振动---摇摆振动---摇摆振动 ---弯曲振动---剪切振动
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三、 近红外光谱的常见分析方法
透射光光谱法
反射光谱法
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可用于 定性和
定量 分析
透射光谱法就是把待测样品置于作用光与检测器之间，检 测器所检测到的分析光是作用光通过样品体与样品分子相互 作用后的光，若样品是透明的真溶液，则分析光在样品中经 过的路程一定，透射光的强度与样品组分浓度由比耳定律决 定。
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（2）植物油品质分析中的应用
• 1994 年Sato采用近红 外光谱技术鉴别大豆 、玉米、棉籽、橄榄 、花生及油菜等植物 油种类。
• 陈永明等结合遗传算 法建立了不同产地的 橄榄油近红外分析模 型, 可以快速、无损地 鉴别出未知产地的橄 榄油, 将为其他植物油 产地鉴别提供了一种 便捷手段。
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2. 光散射的定义及物理解释
光的散射定义: 指由于媒质中存在的气体，液体或固体的微小粒子对光
束的影响，使光波偏离原来的传播方向而向四周散射的现 象
物理解释：
A: 强调粒子概念－－分子场吸收一个光子的 同时，发射一 个光子（拉曼散射）
B: 强调波动概念－－由于物质密度的起伏光被散 射瑞利散射）
高光谱影像特征选择与提取 完整ppt课件
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式中：X={X1,X2,……，XN}为光谱向量，N为波段 数，λ={λ1, λ2,……，λN}为波长集合。
以此类推，可以计算出任意阶导数光谱。通过导数 光谱运算可以发现待定地物某阶导数具有明显区别 于其它地物的特征，从而用于地物识别。
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植被指数与导数光谱实质是在光谱空间上进行特定 运算以形成新的特征，按照这一思路，可以设计其 它光谱运算特征，如波段求和、取均值以及其它更 复杂的运算获取的特征。
B距离等方法。
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离散度
式中，Ui、Uj分别表示i、j类的亮度均值矢量， 分别为i、j类的协方差矩阵，tr[A]表示矩阵A对角 线元素之和。
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B距离
式中符号的意义同于“离散度”公式中的定义。
对于任何一给定的地物类别，只要算出这两个不同 类别在所有可能的波段组合中的标准距离、离散度 或B距离，并去最大者，便是区分这两个类别的最 佳波段组合，即最优子集。
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其中S[i]为第i波段编码Xi为该波段原始属性值， T为阀值。通常阀值选整个光谱向量的平均值，也 可以取向量中值或根据光谱曲线进行人工阀值选择。
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[
二值编码采用单阀值进行处理，划分取决范围较大，
表达进度较低。一种改进算法是多值编码。四值编码基
本方法是：首先对整个像元光谱向量取平均值，得到阀
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熵及联合熵
根据香农信息论原理，一幅8bit表示的图像X的熵 为：
式中：X为输入图像，Pi为图像像素灰度值为i的概 率。
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同理，两个波段联合熵为： n个波段图像的联合熵为：
第三章遥感成像原理与遥感图像特征ppt课件
地球静止卫星轨道是地球同步轨道的特例，它
只有一条。
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附录：3 卫星轨道及其运行特点
在地球静止卫星轨道运行的卫星的覆
盖范围很广，利用均布在地球赤道上的 3
颗这样的卫星就可以实现除南北极很小一
部分地区外的全球通信。
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§1 遥感平台
➢ 摄影机外壳材料：不同波段选用不同材料
➢ 镜头：根据所摄取的波段选择。
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§２ 摄影成像－摄影机
2、全景摄影机-扫描摄影机
缝隙式（或航带摄影机）和镜头转动式摄影机。
➢不是一幅一幅地曝光，而是连续曝光，不需快门。
➢为了得到清晰的影像必须满足：
f
WP Wi W
H
➢缺点？
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分辨率较高的感光片）；
摄影技术（包括曝光量的选择、感光片的冲洗以及印
像、放大技术）。
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航空像片的分辨率
是衡量胶片分辨地物细部能力的一种指标。
用单位距离内能分辨的线宽与间隔相等的平行细
线的数目来表示。
主要取决于航摄相机的镜头分辨率和感光乳剂的
分辨率。但景物的反差、大气的光学条件、飞机
扫描成像过程当旋转棱镜旋转时第一个镜面对地面横越航线方向扫视一次在扫描视场内的地面辐射能由幅的一边到另一边依次进入传感器经探测器输出视频信号再经电子放大器放大和调制在阴极射线管上显示出一条相应于地面扫描视场内的景物的图像线这条图像线经曝光后在底片上记录下来
第三章遥感成像原理与遥感图像
特征
讲授教师：张彦丽
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