高光譜的案例
高光譜與多光譜技術：核心區別與應用選擇
important;">高光譜與多光譜各具特點，選擇時應綜合考慮具體需求、預算、技術能力與實時性要求。大面積快速監測宜用多光譜；精細識別與高精度分析則優先考慮高光譜。</p>
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展開 萊森光學：無人機高光譜遙感技術在自然資源調查中的應用進展
隨著微機電系統(Micro Electro Mechanical System, MEMS)、控制與導航系統及信息處理 技術的發展，無人機(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)作為新型遙感平臺的條件逐漸成熟，同時大量微型化、高性能高光譜傳感器的研發也推動了無人機與高光譜遙感的結合。作為一種新興的遙感技術，無人機高光譜遙感可以克服云層的影響，快速、精確地向研究者提供高空間分辨率和時間分辨率的高光譜數據，有效地填補了低空高光譜遙感數據的空白。無人機高光譜遙感技術的發展對自然資源調查有著重要的技術與經濟比較優勢。首先，航空、航天平臺的高光譜數據獲取周期從幾個月到幾年，難以對一些短期的變化現象進行觀測和研究。其次，一些地形陡峭、植被密集的區域，調查人員難以涉足，無法進行有效的實地調查。使用無人機高光譜遙感技術，能夠有效解決以上問題，向研究人員提供多時態、高分辨率的高光譜數據，有效降低了高光譜遙感技術的實施成本，極大簡化了自然資源調查的流程。
展開 萊森光學：高光譜遙感在草原監測中的應用
總之，隨著科學技術不斷發展和應用，高分辨率技術和設 備會逐漸應用到高光遙感技術方面，各種數據的處理手段和方 法也將會變得更加科學和高效，對實現草地動態化建設也將成 為可能。
產品推薦
便攜式地物光譜儀 iSpecField-NIR/WNIR
專門用于野外遙感測量、土壤環境、礦物地質勘探等領域的最新明星產品，由于其操作靈活、便攜方便、光譜測試速度快、光譜數據準確是一款真正意義上便攜式地物光譜儀。
無人機機載高光譜成像系統 iSpecHyper-VM100
一款基于小型多旋翼無人機機載高光譜成像系統，該系統由高光譜成像相機、穩定云臺、機載控制與數據采集模塊、機載供電模塊等部分組成。無人機機載高光譜成像系統通過獨特的內置式或外部掃描和穩定控制，有效地解決了在微型無人機搭載推掃式高光譜照相機時，由于振動引起的圖像質量較差的問題，并具備較高的光譜分辨率和良好的成像性能。
展開 【案例應用】 QuantumDesign中國 | 高光譜成像HSI和X-rays在食品行業的應用
單靠高光譜成像并不能解決所有問題，但它可作為一項有效的補充技術應用于視覺檢測方案，尤其是對X射線（X-Rays）技術的補充。高光譜成像無法穿透樣品，而X射線可以檢測隱藏在食品內部的污染物。由于X射線依靠密度變化進行檢測，無法表征營養特性，也無法檢測密度與產品相似的污染物，高光譜成像則可以實現這一目標。
例如，X射線能夠準確地識別出骨頭，即使它位于肉沫的內部，而高光譜相機則無法識別它。
重慶大學研究團隊利用高光譜技術實現石質文物的全面“體檢”
為了克服這些傳統方法的局限，楊海清教授團隊提出了基于高光譜成像技術的石質文物劣化模式識別方法，利用高光譜圖像數據提供的豐富信息，實現了文物劣化特征的準確識別和評估。
高光譜成像技術與傳統的RGB圖像相比，具有顯著的優勢。傳統的RGB圖像只能捕捉到有限的色彩信息，而高光譜成像技術能夠在數十到數百個獨立的光譜波段中，獲取每個像素的光譜反射率。這些反射率在不同波長下的變化，可以揭示材料的細微改變，尤其在分析石質文物的風化特征時，能夠提供不同劣化模式的光譜信息。通過高光譜成像，可以對石質文物的不同病害類型進行詳細分析。例如，不同的風化病害（如剝落、結殼、鹽結晶和生物定植）往往具有不同的光譜特征，這些特征可以幫助研究人員在不接觸文物的情況下，快速、準確地識別文物表面的劣化情況。此外，高光譜圖像還能夠反演石質文物的表面強度，進一步為文物的保護提供科學依據。
在本研究中，楊海清教授團隊采用了高光譜成像技術，并結合智能算法，提出了砂巖質文物的典型病害智能識別模型和砂巖表面強度預測模型。研究內容主要包括以下幾個方面：
（1）砂巖表面強度預測模型的建立。首先，研究團隊通過對大足石刻砂巖質文物進行高光譜圖像采集，分析了砂巖的光譜特征與其表面回彈強度之間的關系。回彈強度測試是一種常用的無損測試方法，被用于評估材料表面的硬度和強度。通過對光譜特征的提取，團隊發現砂巖的表面強度與特定的光譜波段存在顯著的相關性。研究團隊采用了CARS（Competitive Adaptive Reweighted Sampling）、SPA（Successive Projections Algorithm）和UVE（Uninformative Variable Elimination）等特征選擇算法，成功提取了與砂巖表面強度相關的光譜波段。
展開 Zemax案例 | 基于自由曲面的高分辨率成像光譜儀設計
圖4 優化后的MTF曲線
（3）光譜分辨率：0.015nm，優于商用產品
光譜分辨率是光譜儀區分相鄰波長的能力，值越小性能越強。團隊基于“瑞利判據”，在10μm狹縫寬度、500mm焦距、1200lp/mm光柵的條件下，對475nm、500nm、525nm附近的鄰近波長進行測試。
仿真結果如圖5所示：圖5(a)驗證了全視場內所有波長的光斑RMS半徑均＜4μm；圖5(b)展示了像面的光斑分布，可見相鄰波長的光斑可清晰區分，最終實現0.015nm的光譜分辨率，優于市面同類型商用光譜儀（通常為0.02nm以上）
圖5 系統的成像與光譜分辨評價
研究價值
該研究的創新之處，在于提出了一種“計算簡潔、邏輯清晰”的自由曲面設計方法——通過“離軸拋物面分段拼接”規避了傳統方法的經驗依賴，借助“Zernike多項式擬合”簡化了復雜計算，最終實現了“高成像質量”與“高光譜分辨率”的雙重突破。
從應用價值來看，該系統不僅可滿足環境監測、生物醫學、材料科學等領域對“精準探測”的需求，其設計思路還為其他光學系統（如大視場望遠鏡、高精度成像鏡頭）的自由曲面設計提供了參考，推動自由曲面從“理論研究”向“工程應用”的轉化。
Zemax軟件試用申請，歡迎聯系摩爾芯創。
參考文獻：
[1]武艷艷，謝微.基于自由曲面的成像光譜儀設計［J］.光子學報，2025，54（8）：0811003
展開 SPECTRA INSIGHT 高光譜成像軟件
Spectral Insight 可以從任何成像光譜儀獲取和處理光譜數據。光譜數據可以從第三方來源導入進行分析。圖像大小/分辨率和光譜范圍/分辨率僅受分光計或文件格式的限制。Spectral Insight 使用并行處理，以視頻或旋轉的 3D 體實時顯示數以千計的光譜圖像。每個平面圖像或 3D 體被分配與波長或波長集相關聯的獨特的調色板。每個像素、區域、光譜圖像和 3D 體積都可以分析物質、光譜匹配、異常，并使用本地或第三方光譜數據庫進行搜索。
特性
· 用戶可選擇區域和分辨率的數據采集
· 可選擇的波長范圍和帶寬
· 可將數以萬計的光譜波段顯示為圖像/視頻
· 獨特的調色板紫外線，可見光和紅外波長
· 搜索本地或在線光譜數據庫進行簽名匹配
· 分析整個圖像，可選區域，或單個像素
· 顯示體積，3D 表面，2D 圖像，1D 橫截面顯示和單像素光譜數據
· 使用行業標準或其他光譜數據進行光譜標準化
· 導入第三方光譜數據
高級功能
· 與點掃描、推掃或全圖像快照光譜儀一起使用
· 用于快速物質檢測的 AI 功能
· 使用所有可用 cpu / gpu 進行并行處理
· 簡單而強大的 Ribbon 界面
· 多種文件格式(導入、導出)
· 根據需求添加新功能
· 可作為一個完整的應用程序或程序員的庫
展開 激光共聚焦顯微拉曼光譜儀在高分子材料表征中比紅外有哪些優勢？
設備簡介
設備名稱：激光共聚焦顯微拉曼光譜儀
設備型號：DXR 3xi
在樣品分子結構和空間分布分析時，通常會遇到很多具有一定透明度的樣品如超薄多層聚合物、半導體多層膜、鍍層、多層纖維、生物細胞等，不僅需要實現表層信息的分析，同時需要探測內部成分和空間分布信息，而這些樣品大多數不能或不易切片，需要尋求具有無損探測樣品內部信息的分析手段。
國高材分析測試中心配備的顯微拉曼光譜儀具有獨特的Y-Z“切面”成像（縱向深度）和可視化3D成像（X-Y-Z）功能，均可以實現無損分析。利用儀器的針孔式真共焦功能，高精度自動平臺自動控制采集樣品縱向深度拉曼信號，無需樣品破壞和物理切片，輕松實現多層樣品深度上和三維空間上成分定性、成分分布及每層厚度的無損分析，從而實現樣品更加全面直觀的空間立體研究。
儀器結構及工作原理
圖1 高速高分辨激光共聚焦拉曼光譜儀結構示意圖
用激光作為光源激發樣品，樣品與激光相互作用后，樣品會發出拉曼信號。拉曼信號連同瑞利散射光等雜散光一起先后經過濾光片和共聚焦針孔，濾光片和共聚焦針孔會濾除絕大部分的雜散光，只允許所需要的樣品的拉曼信號進入光譜儀，樣品拉曼信號進入光譜儀后，通過光柵分光，將白光分成不同波長的光，不同波長的光信號進入檢測器，通過光電轉化，得到拉曼光譜。拉曼光譜是指紋性譜圖，可以提供樣品的化學結構、相和形態、結晶度以及分子相互作用的詳細信息。
展開 近紅外吸光聚合物太陽電池領域取得重要進展
有機分子和聚合物通過結構裁剪可大范圍調制其光、電和薄膜性質，從而實現區別于傳統無機太陽電池的多功能性的太陽電池器件，例如可見區透過，近紅外區高光譜響應度的半透明器件和全光譜吸收的疊層器件等。其中，發展新型近紅外吸光的有機半導體材料（帶隙Eg< 1.4 eV）成為領域關注熱點。
浙江大學高分子科學與工程學系的有機半導體實驗室已發展一系列基于非稠合或稠合骨架的近紅外電子受體分子。最近，該實驗室的李昌治研究員和陳紅征教授等設計發展了一類近紅外電子受體分子，通過非對稱橋連基團的區域異構化和調控氟原子取代數目，改善分子共軛結構和軌道能級，獲得了性能優異的近紅外電子受體分子并成功建構響應波長可達1000 nm光譜的高效率聚合物太陽電池。通過進一步與吸光帶邊800 nm的前電池搭配，制備得到高效率聚合物疊層太陽電池。研究成果以“Near-Infrared Electron Acceptors with Fluorinated Regioisomeric Backbone for Highly Efficient Polymer Solar Cells”（具有氟化骨架異構的近紅外電子受體實現高效聚合物太陽電池）為題，發表在Advanced Materials（《先進材料》）上。
圖. 近紅外吸光電子受體分子設計與合成、吸光和熒光譜圖、疊層太陽能電池器件結構、能級和光伏特性曲線
這一成果從分子骨架結構設計入手，通過探索理解其分子結構-薄膜特性-器件性能之間的構效關系，為發展近紅外電子受體分子和近紅外區高光譜響應度的聚合物太陽電池提供了新方法和新途徑。工作得到了華南理工大學葉軒立教授和香港中文大學路新慧教授在光學模擬和薄膜形貌測試方面的支持。
展開 具有高外量子效率和寬光譜響應的有機-無機雜化錫基鈣鈦礦光電探測器
有機-無機雜化鈣鈦礦材料具有載流子遷移率高、擴散長度長、暗電流密度低、吸收邊緣鋒利等優點, 因而成為用于光電探測的理想材料. 但是, 相對較小的帶隙(1.6 eV)限制了這些材料在近紅外區的光子捕獲效率.
華南理工大學馬東閣課題組利用碘甲胺和鉛-錫二元鈣鈦礦作為探測器的光吸收層, 導電聚合物和富勒烯作為空穴和電子傳輸層, 銦錫氧化物和鋁作為陽極和陰極制備了光電探測器件. 文章近期發表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9377-3
圖1 有機-無機雜化錫基鈣鈦礦光電探測器的(a)結構，(b ,c)EQE譜，(d)光響應度
實驗結果表明, 當錫的含量達到30%時, 探測器的光譜響應拓寬到
1000?nm.
此外, 我們制備的探測器的光譜響應度達到
0.39?A/W,
歸一化探測率達到
7×10E12?Jones.
器件的外量子效率在350到900 nm范圍內, 均超過50%, 在550 nm處取得最大值, 超過80%.
Yang Y, Yang D, Ma D et al. Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9377-3
展開 設計仿真 | MSC Nastran助力AEH公司光學系統的機械設計
在一個設計高光譜成像儀的項目中，AEH/Ivory被用于將系統的光學方案作為輸入數據文件導入到MSC Nastran中，通過系統跟蹤所有光學圖像，并報告MSC Nastran計算的探測器上最終圖像的靜態和動態運動。這種方法在早期給出了關于剛度是否足夠的有意義的數值，并且在整個開發過程中可以跟蹤這些值。
04
案例：高光譜成像儀
使用軟件工具，成像儀由九個光學元件和一個探測器組成。光學方案是描述光學元件表面的一組屬性參數：曲率半徑、光學介質的折射率、元件的厚度或元件之間的空氣空間、元件類型和特定數據，如折疊幾何的光柵常數和入射角等。AEH/Ivory將這些數據轉換為MSC Nastran的輸入數據文件，以確定探測器上的圖像運動。
在AEH/Ivory的輸入數據文件中，多點約束方程包含了圖像的影響方程。這些方程將圖像的運動與系統中所有光學元件的運動聯系起來。然后可以在MSC Nastran中確定基于影響方程的探測器處的圖像運動。
然后，將初始AEH/Ivory輸入數據文件導入Patran，以顯示光學元件和圖像之間的關系，以及如果任何元件移動，它將如何導致圖像移動。Patran中的這個初始MSC Nastran模型，添加了集中質量單元和梁單元以模擬支撐光學元件的結構件，用作測試模型的簡化結構。
圖 1 ：高光譜成像儀
項目第一天
根據項目方案中概念性的粗略CAD模型創建概念分析模型，添加梁單元以表示擬定的結構。在簡化模型的首次細化中，集中質量單元被透鏡的有限元網格模型、光學元件的實際質量和結構剛度所取代。隨著AEH/Ivory的影響方程驅動圖像運動，MSC Nastran中的分析已經準備開始。
展開 
MSC Nastran助力AEH公司光學系統的機械設計
在一個設計高光譜成像儀的項目中，AEH/Ivory被用于將系統的光學方案作為輸入數據文件導入到MSC Nastran中，通過系統跟蹤所有光學圖像，并報告MSC Nastran計算的探測器上最終圖像的靜態和動態運動。這種方法在早期給出了關于剛度是否足夠的有意義的數值，并且在整個開發過程中可以跟蹤這些值。
案例：高光譜成像儀
使用軟件工具，成像儀由九個光學元件和一個探測器組成。光學方案是描述光學元件表面的一組屬性參數：曲率半徑、光學介質的折射率、元件的厚度或元件之間的空氣空間、元件類型和特定數據，如折疊幾何的光柵常數和入射角等。AEH/Ivory將這些數據轉換為MSC Nastran的輸入數據文件，以確定探測器上的圖像運動。
在AEH/Ivory的輸入數據文件中，多點約束方程包含了圖像的影響方程。這些方程將圖像的運動與系統中所有光學元件的運動聯系起來。然后可以在MSC Nastran中確定基于影響方程的探測器處的圖像運動。
然后，將初始AEH/Ivory輸入數據文件導入Patran，以顯示光學元件和圖像之間的關系，以及如果任何元件移動，它將如何導致圖像移動。Patran中的這個初始MSC Nastran模型，添加了集中質量單元和梁單元以模擬支撐光學元件的結構件，用作測試模型的簡化結構。
圖1：高光譜成像儀
項目第一天
根據項目方案中概念性的粗略CAD模型創建概念分析模型，添加梁單元以表示擬定的結構。在簡化模型的首次細化中，集中質量單元被透鏡的有限元網格模型、光學元件的實際質量和結構剛度所取代。
展開 MSC Nastran助力AEH公司光學系統的機械設計
在一個設計高光譜成像儀的項目中，AEH/Ivory被用于將系統的光學方案作為輸入數據文件導入到MSC Nastran中，通過系統跟蹤所有光學圖像，并報告MSC Nastran計算的探測器上最終圖像的靜態和動態運動。這種方法在早期給出了關于剛度是否足夠的有意義的數值，并且在整個開發過程中可以跟蹤這些值。
案例：高光譜成像儀
使用軟件工具，成像儀由九個光學元件和一個探測器組成。光學方案是描述光學元件表面的一組屬性參數：曲率半徑、光學介質的折射率、元件的厚度或元件之間的空氣空間、元件類型和特定數據，如折疊幾何的光柵常數和入射角等。AEH/Ivory將這些數據轉換為MSC Nastran的輸入數據文件，以確定探測器上的圖像運動。
在AEH/Ivory的輸入數據文件中，多點約束方程包含了圖像的影響方程。這些方程將圖像的運動與系統中所有光學元件的運動聯系起來。然后可以在MSC Nastran中確定基于影響方程的探測器處的圖像運動。
然后，將初始AEH/Ivory輸入數據文件導入Patran，以顯示光學元件和圖像之間的關系，以及如果任何元件移動，它將如何導致圖像移動。Patran中的這個初始MSC Nastran模型，添加了集中質量單元和梁單元以模擬支撐光學元件的結構件，用作測試模型的簡化結構。
圖1：高光譜成像儀
項目第一天
根據項目方案中概念性的粗略CAD模型創建概念分析模型，添加梁單元以表示擬定的結構。在簡化模型的首次細化中，集中質量單元被透鏡的有限元網格模型、光學元件的實際質量和結構剛度所取代。
展開 設計仿真 | MSC Nastran助力AEH公司光學系統的機械設計
在一個設計高光譜成像儀的項目中，AEH/Ivory被用于將系統的光學方案作為輸入數據文件導入到MSC Nastran中，通過系統跟蹤所有光學圖像，并報告MSC Nastran計算的探測器上最終圖像的靜態和動態運動。這種方法在早期給出了關于剛度是否足夠的有意義的數值，并且在整個開發過程中可以跟蹤這些值。
04
案例：高光譜成像儀
使用軟件工具，成像儀由九個光學元件和一個探測器組成。光學方案是描述光學元件表面的一組屬性參數：曲率半徑、光學介質的折射率、元件的厚度或元件之間的空氣空間、元件類型和特定數據，如折疊幾何的光柵常數和入射角等。AEH/Ivory將這些數據轉換為MSC Nastran的輸入數據文件，以確定探測器上的圖像運動。
在AEH/Ivory的輸入數據文件中，多點約束方程包含了圖像的影響方程。這些方程將圖像的運動與系統中所有光學元件的運動聯系起來。然后可以在MSC Nastran中確定基于影響方程的探測器處的圖像運動。
然后，將初始AEH/Ivory輸入數據文件導入Patran，以顯示光學元件和圖像之間的關系，以及如果任何元件移動，它將如何導致圖像移動。Patran中的這個初始MSC Nastran模型，添加了集中質量單元和梁單元以模擬支撐光學元件的結構件，用作測試模型的簡化結構。
展開 光譜儀 | RP 系列激光分析設計軟件
這種光譜儀達到的典型波長分辨率約為 0.01 nm 至 0.1 nm。
根據所使用的光譜儀類型（例如光柵光譜儀），必須觀察各種細節：
· 輸入光通常必須被發送到寬度可變的入口狹縫上。為了獲得最高的光譜分辨率，狹縫應該變窄，但這會降低發射功率，因此可能導致噪聲增加或采集時間更長，特別是對于低亮度的光源。一些光譜儀具有光纖輸入，可以是多模光纖，也可以是單模光纖。多模光纖更容易收集光，而單模光纖則可實現最高的光譜儀性能。
· 衍射光柵通常使用第一衍射級次，但有時使用更高的衍射級次以獲得更好的性能。無論是第幾衍射級次，都可能存在光與在其他衍射階次的偽影問題。如果發現難以解釋的光譜特征，可以檢查它們是否可能是此類偽影。
· 光譜儀的響應可能取決于偏振，因為光柵的衍射效率或棱鏡布置上的反射損耗與偏振相關。
· 有些光譜儀必須由用戶校準。對于波長校準，可以使用某些放電燈，發射具有精確定義的波長分量的線光譜。整個波長間隔的響應度校準通常更加困難。一種方法是使用具有已知燈絲溫度或校準光譜的白熾燈。
干涉光譜儀
使用各種類型的干涉光譜儀可以獲得高光譜分辨率，但僅在非常有限的光譜范圍內：
· 一些儀器基于法布里-珀羅干涉儀，其中鏡面間距被機械掃描，例如通過壓電線性促動器，同時記錄傳輸的光功率。可用光譜區間就是所謂的自由光譜范圍，由鏡距決定；這通常是 0.1 GHz 到 10 GHz 的量級，即以納米為單位。分辨率帶寬是自由光譜范圍除以精度，后者主要由鏡面反射率決定。鏡子之間的距離較大可以實現更高的性能，但也會導致自由光譜范圍變窄。
· 傅里葉變換光譜儀包含一個邁克爾遜干涉儀，其中一個臂長可以在很長的距離（毫米、厘米甚至更遠）上進行機械掃描。在全臂長度掃描期間記錄的探測器信號與時間的關系必須進行傅立葉變換才能獲得光譜。
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