成像光譜儀是如何工作的?成像光譜儀有何優(yōu)缺點?

光譜儀是現(xiàn)實生活中使用較多的儀器之一，在往期文章中，小編對光譜儀有過一些闡述。為增進大家對光譜儀的認識，本文將對成像光譜儀、成像光譜儀的性能參數(shù)和原理，以及成像光譜儀優(yōu)缺點予以介紹。如果你對光譜儀具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、成像光譜儀

成像光譜儀是新一代傳感器。在20世紀(jì)80年代初正式開始研制。研制這類儀器的主要目的是想在獲取大量地物目標(biāo)窄波段連續(xù)光譜圖像的同時，獲得每個像元幾乎連續(xù)的光譜數(shù)據(jù)，因而稱為成像光譜儀。成像光譜儀主要應(yīng)用于高光譜航空遙感。在航天遙感領(lǐng)域高光譜也開始應(yīng)用。70年代末80年代初，在研究歸納各種地物光譜特征的基礎(chǔ)上，形成這樣一個概念：如果能實現(xiàn)連續(xù)的窄波段成像，那么就有可能實現(xiàn)地面礦物的直接識別，由此產(chǎn)生了光譜和圖像結(jié)合為一體的成像光譜技術(shù)。1983 年美國噴氣推進實驗室研制出第一臺航空成像光譜儀(AIS-1)，隨后包括中國在內(nèi)的許多國家都研制成功了一系列成像光譜儀，其中有以線陣探測器為基礎(chǔ)的光機掃描型，有以面陣探測器為基礎(chǔ)的固態(tài)推掃型，也有以面陣探測器加光機的并掃型。

二、成像光譜儀性能參數(shù)和原理

成像光譜儀主要性能參數(shù)是：(1)噪聲等效反射率差(NEΔp )，體現(xiàn)為信噪比(SNR);(2)瞬時視場角(IFOV)，體現(xiàn)為地面分辨率;(3)光譜分辨率，直觀地表現(xiàn)為波段多少和波段譜寬。

高光譜分辨率遙感信息分析處理，集中于光譜維上進行圖像信息的展開和定量分析，其圖像處理模式的關(guān)鍵技術(shù)有：⑴超多維光譜圖像信息的顯示，如圖像立方體的生成;⑵光譜重建，即成像光譜數(shù)據(jù)的定標(biāo)、定量化和大氣糾正模型與算法，依此實現(xiàn)成像光譜信息的圖像-光譜轉(zhuǎn)換;⑶光譜編碼，尤其指光譜吸收位置、深度、對稱性等光譜特征參數(shù)的算法;⑷基于光譜數(shù)據(jù)庫的地物光譜匹配識別算法;⑸混合光譜分解模型;⑹基于光譜模型的地表生物物理化學(xué)過程與參數(shù)的識別和反演算法。

高端的成像光譜儀采用了透射型體相全息衍射光柵，其在可見光到近紅外波段具有低雜散光、低吸收率特點;由于核心部分密封在玻璃或其它透明材質(zhì)中，因此壽命長、容易清潔、抗刮檫，非常適合各種苛刻的野外的應(yīng)用環(huán)境。

成像光譜儀工作方式主要為推掃式，為了實現(xiàn)掃描過程，一般利用外接掃描平臺帶動光譜儀運行;由于掃描平臺比較笨重，且增加了耗電量，給野外工作帶來諸多不便，所以最新型的成像光譜儀取消了掃描平臺，改為內(nèi)置式掃描設(shè)計，減輕了整機重量和能耗，而且可以直接進行垂直向下測量，更利于野外使用。

三、成像光譜儀優(yōu)缺點

成像光譜儀數(shù)據(jù)具有光譜分辨率極高的優(yōu)點，同時由于數(shù)據(jù)量巨大，難以進行存儲、檢索和分析。為解決這一問題，必須對數(shù)據(jù)進行壓縮處理，而且不能沿用常規(guī)少量波段遙感圖像的二維結(jié)構(gòu)表達方法。圖像立方體就是適應(yīng)成像光譜數(shù)據(jù)的表達而發(fā)展起來的一種新型的數(shù)據(jù)格式，它是類似撲克牌式的各光譜段圖像的疊合。立方體正面的圖像是一幅自己選擇的三個波段圖像合成，它是表示空間信息的二維圖像，在其下面則是單波段圖像疊合;位于立方體邊緣的信息表達了各單波段圖像最邊緣各像元的地物輻射亮度的編碼值或反射率，這種圖像表示形式亦稱為影像立方體。

從幾何角度來說，成像光譜儀的成像方式與多光譜掃描儀相同，或與CCD線陣列傳感器相似，因此，在幾何處理時，可采用與多光譜掃描儀和CCD線陣列傳感器數(shù)據(jù)類似的方法。，成像光譜儀只注重提高光譜分辨率，其空間分辨率卻較低(幾十甚至幾百米)。正是因為成像光譜儀可以得到波段寬度很窄的多波段圖像數(shù)據(jù)，所以它多用于地物的光譜分析與識別上。特別是，由于成像光譜儀的工作波段為可見光、近紅外和短波紅外，因此對于特殊的礦產(chǎn)探測及海色調(diào)查是非常有效的，尤其是礦化蝕變巖在短波段具有診斷性光譜特征。

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