多光谱高光谱及成像光谱仪的区别

光谱技术知识讲堂1.2

多光谱、高光谱与高光谱成像仪的区别

高光谱成像是新一代光电检测技术，兴起于20世纪80年代，目前仍在迅猛发展中。高光谱成像是相对多光谱成像而言，高光谱成像方法获得的高光谱图像与多光谱图像相比具有更丰富的图像和光谱信息。如果根据传感器的光谱分辨率对光谱成像技术进行分类，光谱成像技术一般可分成3类。

(1) 多光谱仪——光谱分辨率在10-1λ数量级范围内称为多光谱(Multi-spectral)，传感器在可见光和近红外区域一般只有几个波段，不能成像。

(2) 高光谱仪——光谱分辨率在10-2λ数量级范围内称为高光谱(Hyper-spectral)，这样的传感器在可见光和近红外区域有几十到数百个波段，光谱分辨率可达nm级，但不能成像。

(3) 高光谱成像仪——光谱分辨率小于10nm，传感器在可见光和近红外区域可达数百个波段，而且测量结果以图像方式表达出来，每一个像元均由光谱曲线组成，可以更为准确地获取目的物的反射光谱。比起高光谱仪，高光谱成像仪对样品的测量定位更为精准。

众所周知，光谱技术能检测到被测物体的物理结构、化学成分等指标。多光谱仪及高光谱仪是基于点的测量，而高光谱成像仪的测量所得到是目的物面上的光谱图。因此，高光谱成像技术是光谱分析技术和图像分析技术发展的必然结果，是二者完美结合的产物。高光谱成像技术不仅具有光谱分辨能力，还具有图像分辨能力，利用高光谱成像技术不仅可以对待检测物体进行定性和定量分析，而且还能进对其进行定位分析。

高光谱成像系统的主要工作部件是成像光谱仪，它是一种新型传感器，研制这类仪器的目的是为获取大量窄波段连续光谱图像数据，使每个像元具有几乎连续的光谱数据。它是一系列光波在不同波长处的光学图像，通常包含数十到数百个波段，光谱分辨率一般为小于l0nm（如美国SOC公司的SOC730，具有300个波段，光谱分辨率达2nm）。由于高光谱成像所获得的高光谱图像对图像中的每个像素都能提供一条几乎连续的光谱曲线，其在待测物上获得空间信息的同时又能获得比多光谱更为丰富光谱数据信息，这些数据信息可用来生成复杂模型，来进行判别、分类、识别图像中的材料。

通过高光谱成像获取待测物的高光谱图像包含

了待测物的丰富的空间、光谱和辐射三重信息。这些

信息不仅表现了地物空间分布的影像特征，同时也可

能以其中某一像元或像元组为目标获取它们的辐射强

度以及光谱特征。影像、辐射与光谱是高光谱图像中

的3个重要特征，这3个特征的有机结合就是高光谱

图像。

高光谱图像数据为数据立方体(cube)。通常图像

像素的横坐标和纵坐标分别用z和Y来表示，光谱的

波长信息以(Z即轴)表示。该数据立方体由沿着光谱

轴的以一定光谱分辨率间隔的连续二维图像组成。

地面使用的成像光谱仪多为推扫式，配备旋转位移台或线形位移台，以产生两种效果：成像光谱仪运动而待测物目标静止，或者成像光谱仪静止而待测目标运动的效果。目前，已经有新型的地面成像光谱仪，如美国SOC710，利用仪器内部的扫描装置实现推扫成像，即光谱仪和被测物均不运动即可完成高光谱成像，而不需要配备位移云台，重量仅3kg，仪器更为轻巧便携，便于野外使用。

（本节完）

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光谱仪的性能指标

光谱学测量的基础是测量光辐射与波长的对应关系。一般来说，光谱学测量的直接结果是由很多个离散的点构成曲线，每个点的横坐标（X轴）是波长，纵坐标（Y轴）是在这个波长处的强度。因此，一个光谱仪的性能，可以粗略地分为下面几个大类： 1. 波长范围（在X轴上的可以测量的范围）； 2. 波长分辨率（在X轴上可以分辨到什么程度的信号变化）； 3. 噪声等效功率和动态范围（在Y轴上可以测量的范围）； 4. 灵敏度与信噪比（在Y轴上可以分辨到什么程度的信号变化）； 5. 杂散光与稳定性（信号的测量是否可靠？是否可重现）； 6. 采样速度和时序精度（一秒钟可以采集多少个完整的光谱？采集光谱的时刻是否精确？）1. 波长范围 波长范围是光谱仪所能测量的波长区间。最常见的光纤光谱仪的波长范围是400nm-1100nm，也就是可以探测可见光和一部分近红外的光。使用新型探测器可以使这个范围拓展至 200nm-2500nm，即覆盖紫外、可见和近红外波段。光栅的类型以及探测器的类型会影响波长范围。一般来说，宽的波长范围意味着低的波长分辨率，所以用户需要在波长范围和波长分辨率两个参数间做权衡。如果同时需要宽的波长范围和高的波长分辨率，则需要组合使用多个光谱仪通道（多通道光谱仪）。 2. 波长分辨率 顾名思义，波长分辨率描述了光谱仪能够分辨波长的能力，最常用的光谱仪的波长分辨率大约为1nm，即可以区分间隔1nm的两条谱线。Avantes公司可以提供的最高的波长分辨率为 0.025nm。波长分辨率与波长的取样间隔（数据的x坐标的间隔）是两个不同概念。一般来说，高的波长分辨率意味着窄额度波长范围，所以用户需要在波长范围和波长分辨率两个参数间做权衡。如果同时需要宽的波长范围和高的波长分辨率，则需要组合使用多个光谱仪通道（多通道光谱仪）。 3. 噪声等效功率和动态范围 当信号的值与噪声的值相当时，从噪声中分辨信号就会非常困难。一般用与噪声相当的信号的值（光谱辐照度或光谱辐亮度）来表征能一个光谱仪所能够测量的最弱的光强(Y轴的最小值)。噪声等效功率越小，光谱仪就可以测量更弱的信号。狭缝的宽度、光栅的类型、探测器的类型等等参数都会影响噪声等效功率。因为这些参数也会影响波长范围和波长分辨率，用户需要在这些指标间做出取舍。对探测器制冷（Avantes公司的制冷型光谱仪）有助于减小探测器的热噪音，优化探测器检测弱光的能力。 动态范围描述一个光谱仪所能够测量到的最强的信号与最弱的信号的比值。最强的信号为光谱仪在信号不饱和情况下，所能测量的最大信号值，最弱的信号用上述的噪声等效功率衡量。动态范围主要受制于探测器的类型。传统上，动态范围是影响测量方便性的一个很关键的指标，但目前大部分光纤光谱仪都可以通过调整积分时间的方式等效地扩大动态范围，因此，动态范围一般不会对用户的测量带来困扰。 4. 灵敏度与信噪比 灵敏度描述了光谱仪把光信号变成电子学信号的能力，高的灵敏度有助于减小电路本身的噪声对结果影响。狭缝的宽度、光栅的类型、探测器的类型以及电路的参数都会影响灵敏度。衍射效率高的光栅和量子效率高的探测器都有利于提高光谱仪的灵敏度。人为地调高前置放大电路的放大倍数也会提高名义上的灵敏度，但并不一定有助于实际的测量。宽的狭缝会改善灵敏度，但也会降低分辨率，因此，需要用户综合考虑和权衡。

超高分辨活细胞成像系统技术

GE超高分辨活细胞成像系统 利用活细胞成像工作站进行细胞和基因的功能研究，是生物医学研究的最新趋势。固定细胞观察仅能提供固定瞬间细胞的静态信息，无法反映细胞在正常生理生化条件下的状态。活细胞观察，对处于正常生理状况下的细胞进行全程扫描和记录，获得其连续、全面、动态过程由于其显示的正常细胞动态的活动过程，很容易发现和确定细胞间相互作用和信号传导的过程，以及在活细胞水平上的生物分子间的相互作用，不仅可以解决长期以来悬而未解的问题，更为未来的研究提出新的问题，指出新的方向。 一、活细胞成像系统原理 目前主流的活细胞成像系统从原理上可以分为两大类： 基于宽场反卷积技术 基于共聚焦技术 两种技术作为目前最流行的活细胞成像技术，均可以实现在维持细胞存活的情况下，快速获取单一焦平面的信号，在具体性能上则各有擅长。 宽场反卷积技术 对光线进行反卷积运算是光学成像领域的成熟技术，最早由美国国家航空航天局开发并成为观察微弱天体信号的标准技术。去卷积和共聚焦技术是光学显微镜领域获得单一焦平面光线的两大主流技术(J.M.Murray, live cell imaging, 2010)。通过将非焦平面的光线还原至焦平面上，大大提高了样品信号的强度以及图像的信噪比。由于去卷积技术设计到大量的后期运算，因此在高性能计算机发明以前，一直受制于运算能力，没有得到大规模的推广。随着近年来计算机性能的大幅提升和价格的下降，去卷积技术逐渐成为光学显微镜的主流技术。一个点光源经过显微镜的光路，由于镜片对光线的衍射和散射，最终呈现在观察者面前的是一个模糊的点，所以点光源变成模糊的点的过程即为卷积。反卷积就是把模糊的点还原成点光源的过程。 以API 公司的DeltaVision系统为例，其反卷积过程经历以下几步： 1)首先通过无数的计算和实验，得到点光源经过显微镜物镜后变模糊的规律，建立模型。 2)选择完美的物镜，保证样品信号经过物镜后变模糊的规律符合步骤一中得到的模型。 3)将通过显微镜光路的所有的光信号进行收集，因为点光源经过显微镜光路后会变成一个空 间中的倒圆锥形，所以在收集信号的时候需要很准确的记录信号的Z 轴信息。 4)对收集到的所有光信号按照步骤一中的模型进行还原，最终将模糊的点还原成清晰的点， 客观反映它在空间的位置和强度。 目前去卷积技术越来越广泛地应用于生物学图像的研究中。 共聚焦技术 共聚焦显微镜它采用点光源(point lightsource) 照射标本,在焦平面上形成了一个轮廓分明 的小的光点(light spot ) ,该点被照射后发出的荧光被物镜收集,并沿原照射光路回送到探测器。探测器前方有一个针孔(pinhole) ,几何尺寸可调。这样,来自焦平面的光,可以会聚在探 测针孔范围之内,而其它来自焦平面上方或下方的散射光,都被挡在探测针孔之外而不能成象。 光束扫描器又分为单光束、多光束或狭缝扫描器几种。其中单光束扫描获得的图像质量最好, 狭缝扫描器虽然产生图像的速率很高(可达实时水平) ,但其图像信噪比低于单光束扫描,这是 因为从狭缝长轴来的漫射光不能被有效遮挡。多光束扫描如碟片式共聚焦是由电动马达驱动

光谱成像技术的分类

光谱成像技术的分类 光谱成像技术，有时又称成像光谱技术，融合了光谱技术和成像技术，交叉涵盖了光谱学、光学、计算机技术、电子技术和精密机械等多种学科，能够同时获得目标的两维空间信息和一维光谱信息。 光谱成像技术发展到今天，出现的光谱成像仪的种类和数量己经具有较大规模，因而可以从光谱分辨率、信息获取方式（扫描方式）、分光原理和重构理论等不同的视角对光谱成像技术进行分类。 1基于光谱分辨率分类 光谱成像技术针对光谱分辨能力的不同，可分为多光谱(Multi-spectral)，高光谱(Hyper- spectral)以及超光谱(Ultra-spectral)。多光谱的谱段数一般只有几十个，高光谱的谱段数可达到几百个，而超光谱一般指谱段数上千个。它们的区别如表1所示。 表1多、高、超光谱的比较 分类分辨 率 通道数光谱典型例子 多光谱（Multi-spectral）10-1λ 量级 5—30ETM+ ASTER 高光谱（Hyper-spectral）10-2λ 量级 100— 200 AVIRIS 超光谱（Ultra-spectral）10-3λ 量级 1000— 10000 GIFTS

2 基于信息获取方式分类 光谱成像仪需要对三维“数据立方”进行探测，而现今的探测器最多能进行二维探测。要想获得完整的三维数据，理论上至少需增加一维的空间扫描或光谱扫描。光谱成像技术获取图谱信息的主要方式有：挥扫式(Whiskbroom )、推扫式(Pushbroom)、凝视式(Staring)以及快照式(Snapshot)。 挥扫式成像光谱仪的光谱成像系统只对空间中某点进行光谱探测，通过沿轨和穿轨两个方向扫描获取完整的二维空间信息，其信息获取方式如图1a所示。AVIRIS就是通过挥扫成像[1]。 推扫式光谱成像系统探测空间中一维线视场(图1b中的X方向)的光谱，通过沿轨方向(Y方向)扫描实现二维空间信息的获取，芬兰国立技术研究中心实验室研制的AISA就是典型的推扫式成像光谱仪[2]。 凝视式光谱成像系统可对固定窗口目标成像，采用滤光的方式分离并获取不同波段的图像信息，再将不同波段的图像堆叠成“数据立方”。如图1c中所示，该类成像光谱仪实际上是采用光谱维扫描的方式实现图谱“数据立方”的获取。 图1 典型的光谱成像过程：a挥扫式；b推扫式；c凝视式；d快照式 快照式是一种新兴的图谱信息获取方式，它不需扫描便可获取三维图谱信息。快照式光谱成像技术实现方式主要有三种：一种是视场分割三维成像的方式，利用玻璃堆进视场分割，再利用分光器件将三维信息展开到二维平面进行面探测

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（≤10-2λ）、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、900-1700 nm、1000-2500 nm。 CCD 光源光栅光谱仪成像镜头

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而完成纵向扫描（Y方向）。

米级车载高分辨率光电成像系统光学设计_刘莹奇

第40卷第8期红外与激光工程2011年8月Vol.40No.8Infrared and Laser Engineering Aug.2011 米级车载高分辨率光电成像系统光学设计 刘莹奇1,2，王志1，刘欣悦1，卫沛峰1 (1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033； 2.中国科学院研究生院，北京100049) 摘要：研究了一套能实现机动式布站的米级车载可见光和红外高分辨率光学成像系统新方案。主系统口径1.2m，采用无焦卡塞格林形式，遮拦比1:10；机上中、长波红外成像通道采用共口径光谱分光、二次成像的形式，冷阑匹配效率100％，F数为4；机下成像光学系统焦距47m，F数为39，光学设计满足高分辨率与白天成像的要求，且成像质量达到衍射极限；各通道光学系统结构紧凑。光学设计与分析结果表明：该套光学系统能够用于空中和空间目标的全天时移动式高分辨率可见、红外成像。 关键词：大口径望远镜；高分辨率成像；白天成像；移动式光电跟踪系统；光学设计 中图分类号：TB133文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)08-1512-05 Optical design of vehicle-based high resolution E-O imaging system using meter class telescope Liu Yingqi1,2,Wang Zhi1,Liu Xinyue1,Wei Peifeng1 (1.Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun130033,China; 2.Graduate University of the Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China) Abstract:A set of meter class aperture and vehicle-based optical system including visible,infrared imaging, which was used for motional E-O imaging,was studied.The main system aperture was1.2m,the form of afocal Cassegrain was adopted,and obstruction ratio was1:10.The front aperture of on-vehicle imaging system was shared by MWIR and LWIR,then the spectrum was separately reimaged in the terminal.The F number was4,and100%cold shield efficiency was realized.The focal length of the off-vehicle imaging system was47m and the F number was39.The optical design meet the requiement of high resolution and daylight imaging,and the imaging quality of each channel reached diffraction limit in the off-vehicle imaging system.The optical system configuration of each channel was compact.The design and analysis results indicate that mobile high resolution imaging and all-day imaging of targets in the air and space can be realized with the optical system. Key words:large aperture telescope;high resolution imaging;daylight imaging; mobile E-O tracking system;optical design 收稿日期：2010-12-05；修订日期：2011-01-03 基金项目：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所三期创新研究项目专项资金 作者简介：刘莹奇（1984-），男，研究实习员，博士研究生，主要从事新型光学系统设计工作。Email:a1032510210@https://www.sodocs.net/doc/b23877753.html, 导师简介：卢振武(1955-),男,研究员,博士生导师,主要从事衍射光学等方面的研究。Email:luzw@https://www.sodocs.net/doc/b23877753.html,

多光谱相机原理及组成

多光谱相机原理及组成 多光谱成像技术自从面世以来,便被应用于空间遥感领域。而随着搭载平台的小型化和野外应用的需求，光谱成像仪在农业、林业、军事、医药、科研等领域的需求也越来越大。而在此之前成像技术并没有那么高，只能对特定的单一的谱段进行成像。虽然分辨率高但是数据量大难以进行分析、存储、检索，而多光谱成像是将所有的信息结合在一起，这不仅仅是二维空间信息，同时也把光谱的辐射信息也包含在内，从而在更宽的谱段范围内成像。 多光谱相机的基本构成 1.光学系统 可以在各个谱段内范围内成像，可以很好的的控制杂散光，是多光谱相机最重要的部分，对工作谱段范围和分辨能力起了决定性的作用，还可以设定工作焦距视场角大小等 2.控制和信息处理器 控制监督多光谱相机的整个工作过程，并收集图像数据，并进行储存。 3.热控装置 由温度控制器、隔热材料、散热器、热控涂层等组成 4.其他结构 物镜、电路系统、探测器及其他零配件 多光谱相机的工作谱段范围 人眼所能能识别的光谱区间为可见光区间，波长从400nm到700nm;普通数码相机的光谱响应区间与人眼识别的光谱区间相同，包含蓝、绿、红、三个波段;而多光谱相机的工作谱段范围在其基础上，可以分可见光、近红外光、紫外光等每台多光谱相机的分辨率不同，所应用的领域也不同 就比如说我们在做植被调查的时候，植被的可见光波段对绿色比较敏感对红色和蓝色反射较弱。相对于可见光波段，植被在近红外波段具有很强的反射特性，多数植被在可见光波段的光谱差异很小。而在近红外波段的光谱差异更大，光谱差异越明显越有利于分类。 光谱特性 我们知道像素运用复杂的大气准则来，复原反射光谱和辐射光谱所的到的数据分析，得到不同物质的反射率不同，称之为光谱特征。如果有足够的光谱特证，可用于识别场景中的专用材质，其中包括光谱范围、宽度、分辨率。范围是指相机获取图像来自的光谱段，谱段的宽度反映了谱段设置的要求、通过努力衡量大气中物质的光谱特性还有传感器的光谱响应，就要考虑大气中的吸收和散射。多光谱相机的光学系统 光学系统是指由透镜、反射镜、棱镜和光阑等多种光学元件按一定次序组合成的系统。通常用来成像或做光学信息处理。曲率中心在同一直线上的两个或两个以上折射(或反射)球面组成的光学系统称为共轴球面系统，曲率中心所在的那条直线称为光轴。其中参数包括焦距、视场角、相对孔径等。 多光谱相机的反射光学系统 如果光学系统中的光学镜片为反射镜，则此系统称之为反射系统，反射式光学系统最大的优势就在于其光谱范围很大，对各个谱段都适用，并且不需要矫正二级光谱，但是因选用的是非球面镜片，会使系统的加工和装配变得十分困难，增加制作工艺难度

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。 成像光谱仪的基本原理

高光谱成像检测技术.

高光谱成像检测技术 、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。 技术,是高光谱成像 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（＜1-2入光谱范围广（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。、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 、900-1700 nm 、1000-2500 nm。

CC D 朮源「一光栅壯谱以 —a I \、 「维电移台 . 样品 A CCD。 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

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而完成纵向扫描（丫方向。 1\ 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。

光谱仪重要参数

光谱仪重要参数定义 ◆CCD 电荷耦合器件（Charger Coupled Device，缩写为CCD ），硅基光敏元件的响应范围在短波近红外区域。 ◆PDA 二极管阵列（Photodiode Array，缩写为PDA）.光电二极管阵列是由多个二极管单元（象素）组成的阵列，单元数可 以是102，256或1024。当信号光照射到光电二极管上时，光信号就会转换成电信号。大部分光电二极管阵列都包括读 出/积分放大器一体式的集成化信号处理电路。光电二极管的优点是在近红外灵敏度高，响应速度快；缺点是象元数较少、在紫外波段没有响应。 ◆薄型背照式 薄型背照式电荷耦合器件（BT—CCD，Back Thinned Charge Coupled Device)，采用了特殊的制造工艺和特殊的锁 相技术。首先，与一般CCD相比，硅层厚度从数百微米减薄到20μm以下；其次，它采用背照射结构，因此紫外光不 必再穿越钝化层。因此，不仅具有固体摄像器件的一般优点，而且具有噪声低，灵敏度高、动态范围大的优点。 BTCCD有很高的紫外光灵敏度，它在紫外波段的量子效率可以看到，在紫外波段，量子效率超过40％，可见光部 分超过80％，甚至可以达到90％左右。可见，BTCCD不仅可工作于紫外光，也可工作于可见光，是一种很优秀的宽 波段检测器件。 ◆狭缝 光源入口。狭缝面积影响通过的光强度。狭缝宽度影响光学分辨率。 ◆暗电流 未打开光谱仪激发光源时，感光器件接收到的光电信号。主要影响因素有温度，电子辐射等。 ◆分辨率 光学分辨率定义为光谱仪可以分开的最小波长差。要把两个光谱线分开至少要把它们成象到探测器的两个相临象元上。分辨率依赖于光栅的分辨本领、系统的有效焦长、设定的狭缝宽度、系统的光学像差以及其它参数。光栅决定了波长在探测器上可分开的程度（色散），这对于分辨率来说是一个非常重要的变量。另一个重要参数是进入到光谱仪的光束 宽度，它基本上取决于光谱仪上安装的固定入射狭缝或入射光纤芯径（当没有安装狭缝时）。狭缝的尺寸有：10，25 或50μm×1000μm（高）或100，200或500μm×2000μm（高）。在指定波长处，狭缝成象到探测器阵列上时会覆 盖几个象元。而如果要分开两条光谱线，就必须把它们色散到这个象尺寸加上一个象元。当入射光纤的芯径大于狭缝的宽度时，分辨率就要由狭缝的宽度（有效宽度）来决定。 光谱仪分辨率可近似如下度量： R∝ M·F/W 其中M为光栅线数 ,F为谱仪焦距, W为狭缝宽度。 ◆色散 光谱仪的色散决定其分开波长的能力。光谱仪的倒线色散可计算得到：沿光谱仪的焦平面改变距离χ引起波长λ的变化，即：Δλ/Δχ=dcosβ/mF 这里d、β、F分别是光栅刻槽的间距、衍射角和系统的有效焦距，m为衍射级次。由方程可见，倒线色散不是常数，它随波长变化。在所用波长范围内，变化可能超过2倍。 ◆光栅和闪耀波长 光栅作为重要的分光器件，它的选择与性能直接影响整个系统性能。光栅分为刻划光栅、复制光栅、全息光栅等。刻划光栅是用钻石刻刀在涂薄金属表面机械刻划而成；复制光栅是用母光栅复制而成。典型刻划光栅和复制光栅的刻槽是三角形。全息光栅是由激光干涉条纹光刻而成。全息光栅通常包括正弦刻槽。刻划光栅具有衍射效率高的特点，全息光栅光谱范围广，杂散光低，且可作到高光谱分辨率。 光栅主要参数： 1. 闪耀波长，闪耀波长为光栅最大衍射效率点，因此选择光栅时应尽量选择闪耀波长在实验需要波长附近。如实验为可见光范围，可选择闪耀波长为500nm。 2. 光栅刻线，光栅刻线多少直接关系到光谱分辨率，刻线多光谱分辨率高，刻线少光谱覆盖范围宽，两者要根据实验灵活选择。

高分辨率遥感影像数据一体化测图系统PixelGrid

高分辨率遥感影像数据一体化测图系统PixelGrid 北京四维空间数码科技有限公司 一、概况介绍 高分辨率遥感影像数据一体化测图系统PixelGrid（以下简称“PixelGrid”）是由中国测绘科学研究院自主研发的“十一五”重大科技成果，获得2009年度国家测绘科技进步一等奖。 为将这一重大科技成果实现产业化，2008年开始，由中国测绘科学研究院参股单位北京四维空间数码科技有限公司进行成果转化和产品化，并开展销售。 该软件是我国西部1:5万地形图空白区测图工程以及第二次全国土地调查工程的主力软件， 被誉为国产的“像素工厂”。 PixelGrid以其先进的摄影测量算法、集群分布式并行处理技术、强大的自动化业务化处理能力、高效可靠的作业调度管理方法、友好灵活的用户界面和操作方式，全面实现了对卫星影像数据、航空影像数据以及低空无人机影像数据的快速自动处理，可以完成遥感影像从空中三角测量到各种比例尺的DEM/DSM、DOM等测绘产品的生产任务。 PixelGrid软件主界面。 二、主要特点 PixelGrid系统以现代摄影测量与遥感科学技术理论为基础，融合计算机技术和网络通讯技术，采用基于RFM通用成像模型的大范围遥感影像稀少或无控制区域网平差、基于旋转/缩放不变性特征多影像匹配的高精度航空影像自动空三、基于多基线/多重特征的高精度DEM/DSM自动提取、等高线数据半自动采集及网络分布式编辑、基于地理信息数据库等多源控制信息的高效影像地图制作、基于松散耦合并行服务中间件的集群分布式并行计算等一系列核心关键技术，是中国测绘科学研究院研制的一款类似“像素工厂”（ISTAR PixelFactoryTM）的新一代多源航空航 天遥感数据一体化高效能处理系统。

高分辨率活细胞成像系统

高分辨率活细胞成像系统 一总体要求 ★1满足科研科室要求，凡涉及设备安装及施工由中标方负责，按照科室要求提供交钥匙工程 2投标时要求提供原厂家的检验报告、技术参数表及产品彩页 3投标产品应为国际知名品牌，最先进机型及配置，适用于科研、教学并满足将来科研发展需要。 ★4仪器配备所有软件使用最新版本且终身免费升级，端口免费开发，能够与我院各信息系统无缝对接 5数量：1台 二技术要求 1光源部分 1.1固态激发光源，由不少于7个独立单色激发光源组成，发射端能量22-89mW；包括如下光源 1.1.1381-399nm（DAPI，BFP），能量＞50mW 1.1.2426-450nm（CFP，Pacific Blue）能量＞80mW 1.1.3461-489nm（GFP，EGFP）能量＞50mW 1.1.4505-515nm（YFP）能量＞20mW 1.1.5529-556nm（OFP，RFP，DsRed）能量＞80mW 1.1.6563-588nm（mCherry）能量＞80mW 1.1.7621-643nm（Cy5）能量＞40mW 1.2瞬时开关，光源通电至稳定工作间隔时间低于100微秒，非工作时光源自动关闭。光源工作寿命＞10000小时 1.3激发光经过光纤传输，通过光强探测器实时监测入射光强变化 2显微镜部分 2.1高性能减震台 2.2研究型倒置显微镜 ★2.3提供科勒照明和临界照明两种照明方式并可根据用户是目镜观察还是成像自动电动切换 2.4物镜配备：60X平场复消色差物镜（油镜），数值孔径＞1.42 40X平场半复消色差物镜（油镜），数值孔径＞1.3 40X长工作距离（2.7-4mm）半复消色差物镜，数值孔径＞0.6 20X长工作距离（6.6-7.8mm）半复消色差物镜，数值孔径＞0.45 10X平场复消色差物镜，数值孔径＞0.4

成像光谱技术简介

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

光谱仪性能指标

光谱仪的性能指标 (2012-03-31 19:46:21) 标签： 杂谈 光谱学测量的基础是测量光辐射与波长的对应关系。一般来说，光谱学测量的直接结果是由很多个离散的点构成曲线，每个点的横坐标（X轴）是波长，纵坐标（Y轴）是在这个波长处的强度。因此，一个光谱仪的性能，可以粗略地分为下面几个大类： 1. 波长范围（在X轴上的可以测量的范围）； 2. 波长分辨率（在X轴上可以分辨到什么程度的信号变化）； 3. 噪声等效功率和动态范围（在Y轴上可以测量的范围）； 4. 灵敏度与信噪比（在Y轴上可以分辨到什么程度的信号变化）； 5. 杂散光与稳定性（信号的测量是否可靠？是否可重现）； 6. 采样速度和时序精度（一秒钟可以采集多少个完整的光谱？采集光谱的时刻是否精确？）1. 波长范围 波长范围是光谱仪所能测量的波长区间。最常见的光纤光谱仪的波长范围是400nm-1100nm，也就是可以探测可见光和一部分近红外的光。使用新型探测器可以使这个范围拓展至 200nm-2500nm，即覆盖紫外、可见和近红外波段。光栅的类型以及探测器的类型会影响波长范围。一般来说，宽的波长范围意味着低的波长分辨率，所以用户需要在波长范围和波长分辨率两个参数间做权衡。如果同时需要宽的波长范围和高的波长分辨率，则需要组合使用多个光谱仪通道（多通道光谱仪）。 2. 波长分辨率

顾名思义，波长分辨率描述了光谱仪能够分辨波长的能力，最常用的光谱仪的波长分辨率大约为1nm，即可以区分间隔1nm的两条谱线。Avantes公司可以提供的最高的波长分辨率为 0.025nm。波长分辨率与波长的取样间隔（数据的x坐标的间隔）是两个不同概念。一般来说，高的波长分辨率意味着窄额度波长范围，所以用户需要在波长范围和波长分辨率两个参数间做权衡。如果同时需要宽的波长范围和高的波长分辨率，则需要组合使用多个光谱仪通道（多通道光谱仪）。 3. 噪声等效功率和动态范围 当信号的值与噪声的值相当时，从噪声中分辨信号就会非常困难。一般用与噪声相当的信号的值（光谱辐照度或光谱辐亮度）来表征能一个光谱仪所能够测量的最弱的光强(Y轴的最小值)。噪声等效功率越小，光谱仪就可以测量更弱的信号。狭缝的宽度、光栅的类型、探测器的类型等等参数都会影响噪声等效功率。因为这些参数也会影响波长范围和波长分辨率，用户需要在这些指标间做出取舍。对探测器制冷（Avantes公司的制冷型光谱仪）有助于减小探测器的热噪音，优化探测器检测弱光的能力。 动态范围描述一个光谱仪所能够测量到的最强的信号与最弱的信号的比值。最强的信号为光谱仪在信号不饱和情况下，所能测量的最大信号值，最弱的信号用上述的噪声等效功率衡量。动态范围主要受制于探测器的类型。传统上，动态范围是影响测量方便性的一个很关键的指标，但目前大部分光纤光谱仪都可以通过调整积分时间的方式等效地扩大动态范围，因此，动态范围一般不会对用户的测量带来困扰。 4. 灵敏度与信噪比 灵敏度描述了光谱仪把光信号变成电子学信号的能力，高的灵敏度有助于减小电路本身的噪声对结果影响。狭缝的宽度、光栅的类型、探测器的类型以及电路的参数都会影响灵敏度。衍射效率高的光栅和量子效率高的探测器都有利于提高光谱仪的灵敏度。人为地调高前置放大电路的放大倍数也会提高名义上的灵敏度，但并不一定有助于实际的测量。宽的狭缝会改善灵敏度，但也会降低分辨率，因此，需要用户综合考虑和权衡。 光谱仪的信噪比定义为：光谱仪在强光照射下，接近饱和时的信号的平均值与信号偏离平均值的抖动值（以标准偏差横向）的比。需要注意的是，因为定义中没有对光源做任何限制，使用

高光谱成像国内外研究与应用

前言 随着科学技术的发展，人们的感官得到了延伸，认识事物的能力也不断的提高，其中光谱成像和雷达成像成为其中的佼佼者，高谱和图像使人们能够在大千世界更好的认识到事物。高光谱成像技术作为一项优点显著，实用的成像技术，从20世纪80年代开始得到了世界各国的重视，经过深入的研究和发展如今已经被广泛地应用于各个领域。 高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域,它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命,它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质,在高光谱遥感中能被探测。 高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，其中最突出的应用是在遥感探测领域，并在民用领域有着更大的应用前景。 本文通过分析介绍高光谱图像的成像原理，探讨了高光谱图像在国内外发展现状及其应用。

1.高光谱图像成像原理及特点 1.1高光谱遥感基本概念 高光谱遥感是通过高光谱传感器探测物体反射的电磁波而获得地物目标的空间和频谱数据，成立于20世纪初期的测谱学就是它的基础。高光谱遥感的出现使得许多使用宽波段无法探查到的物体，更加容易被探测到，所以高光谱遥感的出现时成功的是革命性的。 1.2高光谱图像成像原理 光源相机（成像光谱仪+ccd）装备有图像采集卡的计算机是高光谱成像技术的硬件组成，其光谱的覆盖范围为200-400nm，400-1000nm，900-1700nm，1000-2500nm。其中光谱相机的主要组成部分为准直镜，光栅光谱仪，聚焦透镜以及面阵ccd。 其扫描过程是当ccd探测器在光学焦面的垂直方向上做横向扫描（x），当横向的平行光垂直入射到投身光栅是就形成了光栅光谱，这是象元经过高光谱仪在ccd上得出的数据，它的横向式x方向上的像素点也就是扫描的象元，它的总想是各象元对应的信息。在检测系统输送前进是排列的他测器完成纵向扫面（y）。综合扫描信息即可得到物体的三围高光谱数据。 1.3高光谱遥感的特点 （1）波段多且宽度窄能够使得高光谱遥感探测到别的宽波段无法探测到的物体。 （2）光谱响应范围更广和光谱分辨率高使得它能够更加精细的发硬出被探测物的微小特征。 （3）它可以提供空间域和光谱域信息也就是“谱像合一”。 （4）数据量大和信息冗余多，由于高光谱数据的波段多，其数据量大，而且和相邻波段的相关性比较高就使得信息冗余度增加很多。 （5）高光谱遥感的数据描述模型多能够分析的更灵活。经常使用的3种模型有：图像，光谱和特征模型。 1.4高光谱的优势 随着高光谱成像的光谱分辨率的提高，其探测能力也有所增强。因此，与全色和多光谱成像相比较，高光谱成像有以下显著优著: (1)有着近似连续的地物光谱信息。高光谱影像在经过光谱反射率重建后，能获取与被探测物近似的连续的光谱反射率曲线，与它的实测值相匹配，将实验室中被探测物光谱分析模型应用到成像过程中。 (2)对于地表覆盖的探测和识别能力极大提高。高光谱数据能够探测具有诊断性光谱

兴隆观测基地16米天文望远镜高分辨率光纤光谱仪HRS用户手册

兴隆观测基地2.16米天文望远镜高分辨率光纤光谱仪（HRS） 用户手册 中国科学院国家天文台兴隆观测基地 二〇一三年八月

目录 1. 光谱仪介绍 (3) 1.1 望远镜卡焦接口部分： (3) 1.2 光纤接口和中继模块 (3) 1.3 高分辨率光纤光谱仪本体 (5) 1.4 CCD图像采集部分 (7) 2. 光谱仪工作前准备 (8) 2.1 准备步骤 (8) 3. 光谱仪卡焦导星程序使用方法 (8) 3.1 导星CCD在卡焦位置及部件 (8) 3.2 导星控制计算机桌面运行程序为AVTUniCamViewer (9) 3.3 为配合自动导星，控制望远镜程序特别增加HRS选项，接收导星误差信号 (11) 4. 光谱仪卡焦部分控制程序使用方法 (12) 4.1 光谱仪电控柜的操作 (12) 4.2 恒温箱循环恒温器的使用 (12) 4.3 光谱仪控制系统软件的操作 (12) 5. 光谱仪观测图像采集程序使用方法 (18) 5.1 用户登录 (18) 5.2 启动CCD采集程序 (18) 5.3 连续观测使用方法 (20) 6. 光谱仪数据远程存储方法 (23) 6.1 新打开一个xterm窗口 (23) 6.2 可以使用系统自带的ftp图形界面传送传送方式同样适用sftp，具体设置已经设好 (23) 7. 2.16米望远镜高分辨率光纤光谱仪主要技术指标 (23)

图表目录 图1-1 卡焦接口单元 (3) 图1-2 光纤输入端：微透镜把望远镜F/9的光束转化为F/3.8的光束，输入的光纤； (4) 图1-3 光纤输出端：微透镜把光纤F/3.8的光束转化为适合光谱仪准直镜F/10的光束。 (4) 图1-4 216圆顶观测室光纤进入地面 (5) 图1-5 2.16米望远镜高分辨率光纤光谱仪本体光路图 (6) 图1-6 2.16米望远镜卡焦高分辨率光纤光谱仪本体 (6) 图1-7 光谱仪激光调试光路图 (7) 图1-8 CCD量子响应曲线 (7) 图3-1 导星CCD在卡焦接口位置 (8) 图4-1 光谱仪控制系统 (13) 图4-2 文件菜单 (14) 图4-3 工作模式选择 (14) 图4-4 调焦图 (15) 图4-5 离焦诊断 (15) 图4-6 狭缝图 (17) 图4-7 Hartmann门 (17) 图4-8 碘盒图 (17) 图4-9 远程控制 (18) 图5-1 观测程序全图 (19) 图5-2 图观测程序各选项功能图 (20) 图5-3 连续观测程序使用例图 (21) 图5-4 平场图片 (21)