成像光谱仪分光技术概览_郑玉权

光谱成像的原理及应用1. 光谱成像的基本原理光谱成像是一种对物体进行非接触式检测和分析的技术，通过光学系统和光谱仪器的组合，能够同时获得物体的空间信息和光谱信息。

光谱成像技术是将传统光学显微技术与光谱学相结合，通过记录不同波长下物体反射或发射的光谱信息，进一步获取物体的成像信息。

在光谱成像中，主要的光学系统包括光源、目标物体、物镜和分光仪。

光源发出的光经过物镜聚焦到目标物体上，并与物体相互作用，发生反射、散射或透射等过程。

反射、散射或透射后的光再次经过物镜收集，由分光仪进行分光和成像。

光谱成像技术可以基于不同的原理和波段进行划分。

常见的光谱成像方法有可见光成像、近红外光成像、红外光成像等。

不同波段的选择取决于目标物体的特性以及需要研究的参数。

其中，可见光成像是最常用的光谱成像方法之一，其波长范围通常为400~700nm，适用于对生物组织、材料表面等样品的成像研究。

2. 光谱成像的应用领域2.1 医学领域光谱成像技术在医学领域有广泛的应用。

例如，在皮肤科领域，光谱成像可以用于皮肤病的诊断和治疗监测。

通过测量不同波段下皮肤的光反射光谱，可以获取皮肤组织的光学性质信息，如血红素和色素含量，从而判断皮肤病变的类型和程度。

光谱成像技术还可以应用于肿瘤早期诊断，通过观察肿瘤组织的光谱特征，可以提供肿瘤细胞的代谢信息，以及肿瘤血供的情况。

2.2 农业领域光谱成像技术在农业领域被广泛用于农作物的病虫害检测和生长监测。

通过获取植物叶片或果实的光谱图像，可以分析得到植物的光合效率、叶绿素含量、水分含量等信息，以及病虫害引起的植物生理变化。

这些信息对于农业生产的管理和优化具有重要意义，可以帮助农民减少病虫害损失，提高农作物产量和质量。

2.3 环境监测领域光谱成像技术在环境监测领域也有较多的应用。

通过监测大气污染物的光谱特征，可以分析空气中各种污染物的浓度和来源。

此外，利用光谱成像技术还可以对地表水质进行检测和监测，通过测量水中的各种溶解物和悬浮物的光谱特征，可以评估水体的污染程度和水生态系统的健康状况。

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。

第5卷　第6期2012年12月　 中国光学 Chinese Optics Vol.5　No.6Dec.2012 收稿日期:2012⁃09⁃16;修订日期:2012⁃11⁃12 基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(No.2011AA12A102)文章编号　1674⁃2915(2012)06⁃0566⁃12超高分辨率光谱定标技术发展概况刘倩倩1,2,郑玉权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.中国科学院大学,北京100049)摘要:介绍了高光谱分辨率光谱定标经常采用的几种技术手段,包括谱线灯法、单色准直光法、利用可调谐激光器和气体吸收池的方法等。

通过对比几种国外高光谱分辨率大气痕量气体探测仪的光谱定标技术,阐述了不同光谱定标技术的原理、实施方法以及技术特点。

针对大气痕量气体探测遥感器超高分辨率光谱定标的特点,指出定标设备的带宽应能达到0.001nm 的水平,同时还应考虑采取优化定标算法、结合多种光谱定标方法等措施来满足高光谱分辨率大气痕量气体探测仪光谱定标的要求。

关　键　词:痕量气体探测;高光谱分辨率;光谱定标中图分类号:TP722.5;X831 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20120506.0566Development of spectral calibration technologieswith ultra⁃high resolutionsLIU Qian⁃qian 1,2,ZHENG Yu⁃quan 1∗(1.Changchun Institute of Optics ,Fine Mechanics and Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China ;2.University of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100049,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :zhengyq@Abstract :Several kinds of spectral calibration technologies are introduced in detail,including the spectrum lamp spectral calibration,mono⁃chromator spectral calibration,tunable laser spectral calibration,and the gas cell spectral calibration.The experimental principle,experimental methods and technical characteristics of dif⁃ferent spectral calibration technologies are described by analyzing and comparing foreign high spectral remote sensors for trace gases.Based on the characteristics of ultra⁃high resolution spectral calibration for atmospheric remote sensors,it points out that the bandwidth of calibration equipment should reach the level of 0.001nm.It also suggests that the calibration method of improving optimization algorithm and comprehensive calibration methods should be considered to ensure the high spectral calibration accuracy of high spectral remote detectorsfor trace gases.Key words :trace gas sensing;high spectral resolution;spectral calibration technology1　引　言 20世纪50年代以来,随着科学、工农业技术的高速发展,二氧化碳(CO 2)、甲烷(CH 4)、一氧化二氮(N 2O)、氟氯烃化物(CFCS)等工农业生产以及人类生活所排放的气体量不断增加,造成全球气候变暖,温室效应日益加剧,从而生态系统受到严重破坏,甚至威胁人类的健康和生存。

光谱成像仪工作原理
光谱成像仪主要通过测量物体发出或反射的光波的频率和强度来获取物体的光谱信息。

其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 入射光源：光谱成像仪通常使用一个光源作为光的输入。

这个光源可以是白光源、激光光源或LED等，根据不同的应用需求选择不同的光源。

2. 分光元件：入射光源发出的光经过分光元件，如棱镜、光栅等，将光分解成不同波长的光束。

3. 光学设备：光谱成像仪通常包括一个光学系统，包括透镜、滤光片等光学元件，用于聚焦和调节光束的路径。

4. 探测器：光谱成像仪使用一个或多个探测器来测量光谱。

探测器可以是像素阵列探测器、单个光电探测器等。

探测器会将不同波长的光转化为电信号。

5. 数据处理：通过对探测器输出的电信号进行采集和处理，将其转化为光谱图像。

这一过程通常需要使用信号放大、滤波、数字转换等技术。

6. 图像显示：最后，通过将处理后的数据显示在屏幕上或者打印出来，使得用户可以观察到物体的光谱信息。

总的来说，光谱成像仪通过分解光的波长，并使用探测器对光
信号进行测量和处理，最终获得物体的光谱信息。

这种技术在物质分析、荧光成像、遥感等领域有重要的应用。

小型Offner光谱成像系统的设计
郑玉权
【期刊名称】《光学精密工程》
【年(卷),期】2005(013)006
【摘要】研究了在发散光束中使用色散元件的小型Offner光谱成像系统,分析了Offner凸光栅光谱成像系统和Offner曲面棱镜光谱成像系统的优缺点,与传统准直光束中使用光栅或棱镜的方法相比,Offner光谱成像系统具有体积小、质量轻、无谱线弯曲、色畸变小的特点.给出了两种系统的设计结果,并研究了滤除二级和高级次光谱的方法,给出了与Offner光谱成像系统匹配的不同形式的像方远心前置光学系统,可满足微小卫星超光谱成像仪的要求.
【总页数】8页(P650-657)
【作者】郑玉权
【作者单位】中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,应用光学国家重点实验室,吉林,长春,130033
【正文语种】中文
【中图分类】TH744.1;TP73
【相关文献】
1.插入Féry棱镜的小型Offner超光谱成像系统的设计 [J], 程欣;洪永丰;张葆;薛庆生
2.小型Offner色散型高光谱成像系统设计 [J], 李霂;周学鹏
3.小型Offner凸光栅光谱成像系统的结构设计及分析 [J], 刘伟
4.Offner型高光谱成像系统的设计 [J], 柏财勋;刘勤;孟鑫;于帅;李建欣;朱日宏
5.Offner型高光谱成像系统的设计 [J], 柏财勋;刘勤;孟鑫;于帅;李建欣;朱日宏;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

微型X射线数字成像系统的测试与应用蔺超;郑玉权【摘要】研制了一套采用X射线敏感CCD作为成像探测器的微型数字成像系统并用于牙科诊断.应用牙齿模型与分辨率测试卡对系统的辐射剂量和分辨率进行了测试,采用分段线性校正对CCD与转换屏耦合下的响应不均匀性进行校正,并通过计算线性相关系数辨别瑕疵像元以避免误判.测试了系统在高分辨率、小工作幅面X射线检测方面的应用效果.结果显示,系统分辨率高于10 lp/mm,在获得相近对比度图像的条件下,所需的辐射剂量仅为胶片的10%,图像非均匀性相对校正前可降低27.5%.得到的结果表明,系统满足高分辨率、低辐射剂量的使用要求,在微小物体X 射线检测方面具有较大的应用潜力.【期刊名称】《中国光学》【年(卷),期】2010(003)006【总页数】7页(P591-597)【关键词】X射线成像;数字图像;分辨率;辐射剂量;非均匀性校正【作者】蔺超;郑玉权【作者单位】中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033【正文语种】中文【中图分类】R814;TH7731 引言20世纪 50年代,人们首次通过图像增强器技术得到了实时、清晰的 X射线图像,但是图像的对比度与分辨率上却难以与传统的胶片照相相比;因此,长期以来胶片照相一直作为 X射线检测领域的主要技术手段。

然而,无论胶片还是图像增强器均在图像的存储和传输上有着诸多不便,直至 20世纪 80年代引入计算机 X射线技术(Computed Radiography,CR),X射线成像才真正进入了数字化时代。

时至今日,数字 X射线成像技术 (Digital Radiography,DR)已成为泛指多种数字化 X射线技术的广义名词,其优势不仅体现在无胶片的图像存储和传输上,丰富的图像处理技术更进一步拓展了DR的应用范围。

在医学诊断、工业电子元器件检测、微小零件探伤等方面,具有高分辨率、可便携移动特点的微小型 X射线数字成像系统有着较多的应用需求。

第１１卷　第３期２０１３年６月光学与光电技术ＯＰＴＩＣＳ　＆ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．１１，Ｎｏ．３　Ｊｕｎｅ，２０１３收稿日期　２０１２－０９－２９；　收到修改稿日期　２０１２－１２－１３作者简介　张达（１９８１－），男，博士，副研究员，硕士生导师，主要从事空间光学遥感仪器的研制、空间光学成像，以及光谱探测技术方面的研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｄａ＠ｃｉｏｍｐ．ａｃ．ｃｎ基金项目　国防预研基金（ＳＡ０５０），国家８６３高技术研究发展计划（２０１０ＡＡ１２２１０９１００１），吉林省科技发展计划（２０１１０１０７９）资助项目文章编号：１６７２－３３９２（２０１３）０３－００６７－０７高光谱遥感的发展与应用张　达　郑玉权（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３）摘要　阐述了高光谱遥感的特点、优势，以及在航空及航天领域的发展情况，列举了几种典型高光谱成像仪的光学系统原理和主要技术指标。

在此基础上，概述了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产、海洋、军事等领域的应用情况。

最后对高光谱遥感发展趋势提出了几点建议，包括低反射率目标遥感、高信噪比、高空间分辨率及宽覆盖范围等方面。

关键词　高光谱遥感；发展；应用；成像光谱仪中图分类号　ＴＰ７０ 文献标识码　Ａ１　引　言遥感技术是２０世纪６０年代发展起来的对地观测综合性技术［１］，随着２０世纪８０年代成像光谱技术的出现，光学遥感进入了高光谱遥感阶段。

从２０世纪９０年代开始，高光谱遥感已成为国际遥感技术研究的热门课题和光电遥感的最主要手段。

高光谱遥感技术作为对地观测技术的重大突破［２］，其发展潜力巨大。

高光谱遥感实现了遥感数据图像维与光谱维信息的有机融合，在光谱分辨率上有巨大优势，是遥感发展的里程碑。

随着高光谱遥感技术的日趋成熟，其应用领域也日益广泛，已渗透到国民经济的各个领域，如环境监测、资源调查、工程建设等，对于推动经济建设、社会进步、环境的改善和国防建设起到了重大的作用。

成像光谱仪成像光谱仪是一种重要的仪器，用于分析物体的光谱特征。

它将物体反射、辐射或透射的光通过光学系统进行收集和分析，从而得到物体的光谱图像。

成像光谱仪的出现极大地推动了光学领域的发展，并在许多领域得到了广泛的应用。

成像光谱仪的工作原理是利用光的分光特性和光的成像特性相结合。

它利用光具有不同波长的特点，将物体反射、辐射或透射的光分解成不同波长的光信号，然后通过光学系统将这些光信号成像在感光面上，最后得到物体的光谱图像。

成像光谱仪的光学系统通常由光学透镜、光栅、光纤等组成，光谱成像采用的是分光成像技术。

成像光谱仪的应用十分广泛，尤其在遥感、地质勘探、农业生态、环境监测等领域被广泛使用。

在遥感中，成像光谱仪可以获取地表的光谱信息，对地表特性进行分析和研究，如土地覆盖、植被状况、水质等。

在地质勘探中，成像光谱仪可以探测地下物体的光谱反射和发射特性，为地下矿藏的检测和勘探提供了有效的手段。

在农业生态中，成像光谱仪可以对植物的光合作用进行监测，评估植物的生长状态和营养状况，为农业生产提供科学依据。

在环境监测中，成像光谱仪可以对环境中的污染物进行监测和分析，为环境保护和治理提供参考。

成像光谱仪的优势主要在于其高精度、高灵敏度和高分辨率等特点。

通过成像光谱仪，可以实现高精度的光谱分析和成像，以及对物体的光谱特性进行精确的定量和定性分析。

其高灵敏度能够对微弱光信号进行捕捉和分析，对于光纤光源、低强度光源等的探测具有较好的效果。

同时，成像光谱仪的高分辨率可以实现对物体的高清晰度成像，提供更精确的光谱信息。

然而，成像光谱仪也存在一些挑战和限制。

首先，成像光谱仪在数据处理和解析方面需要强大的计算能力和高效的算法支持。

其次，成像光谱仪的制造和维护成本较高，需要专业的技术人才进行操作和维修。

此外，成像光谱仪的使用环境对其性能和稳定性也有一定要求，特殊的工作环境可能会对仪器的准确性和精度产生一定影响。

总的来说，成像光谱仪是一种非常重要的仪器，能够在许多领域为科学研究和应用提供有力支持。

光谱成像仪光谱成像仪是一种重要的科学仪器，它能够将物体发出的光通过光谱分解和图像传感器的技术集成，得到物体的光谱信息。

本文将介绍光谱成像仪的原理、应用领域以及未来的发展方向。

光谱成像仪的原理是通过光学元件将物体发出的光进行聚焦并传递到光谱分解元件上。

光谱分解元件可以将不同波长的光按照频谱分解成单一的波长，并将其传递到图像传感器上。

图像传感器则将光转化为电信号，并通过图像处理算法将其转化为可视的图像。

通过这种方式，光谱成像仪能够获取物体在不同波长下的光谱信息，并形成相应的图像。

光谱成像仪在许多领域都有广泛的应用。

首先，它在天文学研究中起着重要作用。

天文学家使用光谱成像仪来观测天体发出的光，并通过分析光谱信息来了解天体的组成、结构以及演化过程。

其次，光谱成像仪在环境监测方面也有重要的应用。

通过监测大气、海洋和土壤中的光谱信息，研究人员可以追踪气候变化、探测污染物和监控生态系统的健康状况。

此外，光谱成像仪还广泛应用于食品安全、农业、材料科学等领域，为相关研究和应用提供了可靠的数据和分析手段。

光谱成像仪在未来的发展方向上也有许多潜力。

首先，随着光学材料和光学器件的不断进步，光谱成像仪的分辨率将会进一步提高，能够获取更精细的光谱信息。

其次，随着光电子技术和图像处理算法的不断发展，光谱成像仪将能够更快速、高效地处理大量的数据，提高数据分析和图像生成的速度。

再次，随着人工智能和机器学习的快速发展，光谱成像仪将能够与其他智能设备进行联接，实现智能化的数据处理和图像识别。

总的来说，光谱成像仪是一种非常重要的科学仪器，在各个领域都有广泛的应用。

借助光谱成像仪，科学家们能够更深入地研究物体的光谱特性，从而推动科学技术的发展。

未来，光谱成像仪还有很大的发展潜力，我们可以期待它在更多领域的应用和进一步的创新。

超光谱成像仪的精细光谱定标郑玉权【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2010(018)011【摘要】为了精细标定棱镜色散超光谱成像仪1 024×80光谱像元的中心波长和响应带宽,建立了一套光谱定标装置,提出了实现1 nm光谱定标精度的定标方法.首先,介绍了产生谱线弯曲与谱线倾斜的原因,确定了精细光谱定标的方法和数据处理算法;然后,利用光谱定标装置测定了全部光谱响应像元的离散单色光响应值,利用高斯方程拟合了相对光谱响应曲线;最后,建立了中心波长矩阵表和带宽矩阵表,采用多项式拟合算法确定了空间视场像元的色散方程和光谱通道谱线弯曲方程,实验测定了温度变化谱线漂移结果.另外,还对光谱定标精度对辐射定标精度的影响进行了分析.光谱定标结果表明:超光谱成像仪的光谱定标精度达到了±1 nm,各谱段带宽平均为8.75 nm;色散方程及谱线弯曲与设计结果相符,谱线弯曲值为14～19 nm,平均值为17 nm;1 nm的定标精度对辐射定标精度的影响分别小于1%(3000 K黑体)和0.25%(6000K黑体),满足超光谱成像仪1 nm光谱定标精度的要求.【总页数】8页(P2347-2354)【作者】郑玉权【作者单位】中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130031【正文语种】中文【中图分类】TP73;TH744.1【相关文献】1.基于大气吸收带的超光谱成像仪光谱定标技术研究 [J], 张春雷;向阳2.推帚式高光谱成像仪光谱定标及精度控制研究 [J], 谢佩;马艳华;李生红;葛明锋3.基于天宫一号高光谱成像仪的替代光谱定标方法精度对比分析 [J], 张雅琼;张文娟;陈正超;张兵4.超光谱成像光谱仪的光谱定标 [J],5.空间调制干涉光谱成像仪光谱定标技术研究 [J], 高静;计忠瑛;崔燕;石大莲;周锦松;相里斌;王忠厚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。