高光譜遙感的案例
萊森光學(xué)：無人機(jī)高光譜遙感技術(shù)在自然資源調(diào)查中的應(yīng)用進(jìn)展
隨著微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System, MEMS)、控制與導(dǎo)航系統(tǒng)及信息處理 技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)作為新型遙感平臺(tái)的條件逐漸成熟，同時(shí)大量微型化、高性能高光譜傳感器的研發(fā)也推動(dòng)了無人機(jī)與高光譜遙感的結(jié)合。作為一種新興的遙感技術(shù)，無人機(jī)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(shí)間分辨率的高光譜數(shù)據(jù)，有效地填補(bǔ)了低空高光譜遙感數(shù)據(jù)的空白。無人機(jī)高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展對(duì)自然資源調(diào)查有著重要的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)比較優(yōu)勢。首先，航空、航天平臺(tái)的高光譜數(shù)據(jù)獲取周期從幾個(gè)月到幾年，難以對(duì)一些短期的變化現(xiàn)象進(jìn)行觀測和研究。其次，一些地形陡峭、植被密集的區(qū)域，調(diào)查人員難以涉足，無法進(jìn)行有效的實(shí)地調(diào)查。使用無人機(jī)高光譜遙感技術(shù)，能夠有效解決以上問題，向研究人員提供多時(shí)態(tài)、高分辨率的高光譜數(shù)據(jù)，有效降低了高光譜遙感技術(shù)的實(shí)施成本，極大簡化了自然資源調(diào)查的流程。
展開 萊森光學(xué)：高光譜遙感在草原監(jiān)測中的應(yīng)用
點(diǎn)擊標(biāo)題下「光譜技術(shù)及應(yīng)用服務(wù)」快速關(guān)注
高光譜遙感在草原監(jiān)測中的應(yīng)用
一、引 言
高光譜遙感是指利用很多很窄的電磁波段從特定的物體中 獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的一種技術(shù)，該種技術(shù)手段的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是 在特定的光譜區(qū)用高光分辨率同時(shí)獲取連續(xù)性的被監(jiān)測物體的 光譜圖像，將遙感和高光分辨進(jìn)行結(jié)合用于空間信息的研究， 定量分析地球表層生物物力和化學(xué)過程以及相應(yīng)的參數(shù)。最近 幾年，高光譜遙感被廣泛的應(yīng)用到草原監(jiān)測工作中，取得了突 出的應(yīng)用效果。
無人機(jī)載多光譜遙感在茶樹氮營養(yǎng)及品質(zhì)指標(biāo)檢測研究方面取得重要進(jìn)展
青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院丁兆堂教授科研組在JSFA發(fā)表了題為Using UAV image data to monitor the effects of different nitrogen application rates on tea quality 的論文，此研究采用配備長光禹辰多光譜相機(jī)(MS600, Yusense, Inc.，Qingdao, China)的四旋翼無人機(jī)(MATRIX 200 V2, DJI, Inc., China)獲取多光譜圖像，利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)茶樹氮營養(yǎng)與品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了估測。
近年來，無人機(jī)遙感（UAVRS）技術(shù)以其低成本、高分辨率、實(shí)時(shí)高效、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)茶樹生化參數(shù)和氮營養(yǎng)測定主要通過化學(xué)診斷的方式，這些方式不能快速獲取參數(shù)，并且其破壞性采樣和有損檢測在實(shí)際生產(chǎn)中受到了限制。
在此背景下，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院丁兆堂教授科研組采用無人機(jī)搭載MS600多光譜相機(jī)，獲取了茶樹冠層多光譜圖像，并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)茶樹氮素、茶多酚和氨基酸含量進(jìn)行了估測。通過建模對(duì)比和系數(shù)驗(yàn)證，結(jié)果表明，實(shí)測地面參數(shù)與模型估測結(jié)果一致性較高。
展開 高光譜與多光譜技術(shù)：核心區(qū)別與應(yīng)用選擇
important;">高光譜與多光譜技術(shù)是遙感領(lǐng)域的兩大重要技術(shù)，它們在波段數(shù)量、光譜分辨率、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用場景上存在顯著差異。本文將系統(tǒng)解析兩者的區(qū)別，并為不同應(yīng)用需求提供選擇建議。</p>
</div><p class="ql-align-justify"><br></p><div contenteditable="false" width="100%" class="ql-align-justify">
<p style="overflow-wrap: anywhere; word-break: normal; overflow-y: auto; max-width: 100%; line-height: 30px; text-wrap: unset !important;">一、高光譜與多光譜的核心區(qū)別</p>
</div><div contenteditable="false" width="100%" class="ql-align-justify">
<p style="overflow-wrap: anywhere; word-break: normal; overflow-y: auto; max-width: 100%; line-height: 30px; text-wrap: unset !important;"><strong style="overflow-wrap: anywhere; word-break: normal; max-width: 100%; text-wrap: unset !important;">1.
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(shù)據(jù)。光譜數(shù)據(jù)可以從第三方來源導(dǎo)入進(jìn)行分析。圖像大小/分辨率和光譜范圍/分辨率僅受分光計(jì)或文件格式的限制。Spectral Insight 使用并行處理，以視頻或旋轉(zhuǎn)的 3D 體實(shí)時(shí)顯示數(shù)以千計(jì)的光譜圖像。每個(gè)平面圖像或 3D 體被分配與波長或波長集相關(guān)聯(lián)的獨(dú)特的調(diào)色板。每個(gè)像素、區(qū)域、光譜圖像和 3D 體積都可以分析物質(zhì)、光譜匹配、異常，并使用本地或第三方光譜數(shù)據(jù)庫進(jìn)行搜索。
特性
· 用戶可選擇區(qū)域和分辨率的數(shù)據(jù)采集
· 可選擇的波長范圍和帶寬
· 可將數(shù)以萬計(jì)的光譜波段顯示為圖像/視頻
· 獨(dú)特的調(diào)色板紫外線，可見光和紅外波長
· 搜索本地或在線光譜數(shù)據(jù)庫進(jìn)行簽名匹配
· 分析整個(gè)圖像，可選區(qū)域，或單個(gè)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(shù)據(jù)
· 使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或其他光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜標(biāo)準(zhǔn)化
· 導(dǎo)入第三方光譜數(shù)據(jù)
高級(jí)功能
· 與點(diǎn)掃描、推掃或全圖像快照光譜儀一起使用
· 用于快速物質(zhì)檢測的 AI 功能
· 使用所有可用 cpu / gpu 進(jìn)行并行處理
· 簡單而強(qiáng)大的 Ribbon 界面
· 多種文件格式(導(dǎo)入、導(dǎo)出)
· 根據(jù)需求添加新功能
· 可作為一個(gè)完整的應(yīng)用程序或程序員的庫
展開 Zemax案例 | 基于自由曲面的高分辨率成像光譜儀設(shè)計(jì)
引言
成像光譜儀作為集“光譜分析”與“空間成像”于一體的先進(jìn)光學(xué)設(shè)備，在環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、空間遙感等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。其通過對(duì)目標(biāo)物質(zhì)光譜與空間信息的聯(lián)合分析，能夠?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)的“定性”“定量”和“定位”探測，為科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用提供高效、精確的信息。
傳統(tǒng)Czerny-Turner（C-T）型光譜儀因色散均勻、工藝成熟，長期占據(jù)主流市場，但球面反射鏡的固有缺陷使其難以校正全波段像差，性能提升受限。近日，華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室謝微團(tuán)隊(duì)[1]提出基于自由曲面反射鏡的高分辨率成像光譜儀設(shè)計(jì)方法，通過“離軸拋物面分段拼接+Zernike多項(xiàng)式擬合”的創(chuàng)新路徑，通過Zemax仿真優(yōu)化，成功實(shí)現(xiàn)全波段全視場像差校正，其光譜分辨率達(dá)0.015nm，優(yōu)于市面同類型商用產(chǎn)品，為高分辨率成像光譜儀的設(shè)計(jì)提供了全新思路。
子鏡的構(gòu)建到曲面融合
要實(shí)現(xiàn)自由曲面對(duì)C-T型光譜儀的性能升級(jí)，關(guān)鍵在于構(gòu)建合理的初始結(jié)構(gòu)——團(tuán)隊(duì)以C-T光路為基礎(chǔ)，通過“子鏡參數(shù)計(jì)算”與“分段拼接擬合”兩大步驟，突破了傳統(tǒng)自由曲面設(shè)計(jì)的計(jì)算壁壘。
1.1 C-T光路結(jié)構(gòu)
C-T型光路的核心組成的為“入射狹縫-準(zhǔn)直鏡-光柵-聚焦鏡-探測器”，如圖1所示：光線經(jīng)狹縫進(jìn)入系統(tǒng)后，由準(zhǔn)直鏡將發(fā)散光束轉(zhuǎn)化為平行光；光柵對(duì)平行光進(jìn)行光譜分光，使不同波長光線以不同角度衍射；最終，聚焦鏡將衍射光匯聚至探測器對(duì)應(yīng)位置，完成光譜信息記錄。
圖1 C-T型光路結(jié)構(gòu)示意圖
該團(tuán)隊(duì)在保留這一經(jīng)典框架的同時(shí)，針對(duì)“像差校正”這一核心痛點(diǎn)，提出將“準(zhǔn)直鏡與聚焦鏡”替換為自由曲面反射鏡——其中，聚焦鏡通過“分段拼接離軸拋物面”生成，準(zhǔn)直鏡則通過Zernike多項(xiàng)式直接優(yōu)化，從結(jié)構(gòu)源頭解決全波段像差問題。
展開 【案例應(yīng)用】 QuantumDesign中國 | 高光譜成像HSI和X-rays在食品行業(yè)的應(yīng)用
單靠高光譜成像并不能解決所有問題，但它可作為一項(xiàng)有效的補(bǔ)充技術(shù)應(yīng)用于視覺檢測方案，尤其是對(duì)X射線（X-Rays）技術(shù)的補(bǔ)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(nèi)部的污染物。由于X射線依靠密度變化進(jìn)行檢測，無法表征營養(yǎng)特性，也無法檢測密度與產(chǎn)品相似的污染物，高光譜成像則可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
例如，X射線能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出骨頭，即使它位于肉沫的內(nèi)部，而高光譜相機(jī)則無法識(shí)別它。
重慶大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用高光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)石質(zhì)文物的全面“體檢”
為了克服這些傳統(tǒng)方法的局限，楊海清教授團(tuán)隊(duì)提出了基于高光譜成像技術(shù)的石質(zhì)文物劣化模式識(shí)別方法，利用高光譜圖像數(shù)據(jù)提供的豐富信息，實(shí)現(xiàn)了文物劣化特征的準(zhǔn)確識(shí)別和評(píng)估。
高光譜成像技術(shù)與傳統(tǒng)的RGB圖像相比，具有顯著的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的RGB圖像只能捕捉到有限的色彩信息，而高光譜成像技術(shù)能夠在數(shù)十到數(shù)百個(gè)獨(dú)立的光譜波段中，獲取每個(gè)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(xì)微改變，尤其在分析石質(zhì)文物的風(fēng)化特征時(shí)，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(duì)石質(zhì)文物的不同病害類型進(jìn)行詳細(xì)分析。例如，不同的風(fēng)化病害（如剝落、結(jié)殼、鹽結(jié)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(zhǔn)確地識(shí)別文物表面的劣化情況。此外，高光譜圖像還能夠反演石質(zhì)文物的表面強(qiáng)度，進(jìn)一步為文物的保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。
在本研究中，楊海清教授團(tuán)隊(duì)采用了高光譜成像技術(shù)，并結(jié)合智能算法，提出了砂巖質(zhì)文物的典型病害智能識(shí)別模型和砂巖表面強(qiáng)度預(yù)測模型。研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
（1）砂巖表面強(qiáng)度預(yù)測模型的建立。首先，研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)大足石刻砂巖質(zhì)文物進(jìn)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(qiáng)度之間的關(guān)系。回彈強(qiáng)度測試是一種常用的無損測試方法，被用于評(píng)估材料表面的硬度和強(qiáng)度。通過對(duì)光譜特征的提取，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)砂巖的表面強(qiáng)度與特定的光譜波段存在顯著的相關(guān)性。研究團(tuán)隊(duì)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(qiáng)度相關(guān)的光譜波段。
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(yōu)勢？
設(shè)備簡介
設(shè)備名稱：激光共聚焦顯微拉曼光譜儀
設(shè)備型號(hào)：DXR 3xi
在樣品分子結(jié)構(gòu)和空間分布分析時(shí)，通常會(huì)遇到很多具有一定透明度的樣品如超薄多層聚合物、半導(dǎo)體多層膜、鍍層、多層纖維、生物細(xì)胞等，不僅需要實(shí)現(xiàn)表層信息的分析，同時(shí)需要探測內(nèi)部成分和空間分布信息，而這些樣品大多數(shù)不能或不易切片，需要尋求具有無損探測樣品內(nèi)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(dú)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(shí)現(xiàn)無損分析。利用儀器的針孔式真共焦功能，高精度自動(dòng)平臺(tái)自動(dòng)控制采集樣品縱向深度拉曼信號(hào)，無需樣品破壞和物理切片，輕松實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)樣品更加全面直觀的空間立體研究。
儀器結(jié)構(gòu)及工作原理
圖1 高速高分辨激光共聚焦拉曼光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖
用激光作為光源激發(fā)樣品，樣品與激光相互作用后，樣品會(huì)發(fā)出拉曼信號(hào)。拉曼信號(hào)連同瑞利散射光等雜散光一起先后經(jīng)過濾光片和共聚焦針孔，濾光片和共聚焦針孔會(huì)濾除絕大部分的雜散光，只允許所需要的樣品的拉曼信號(hào)進(jìn)入光譜儀，樣品拉曼信號(hào)進(jìn)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(hào)進(jìn)入檢測器，通過光電轉(zhuǎn)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(xué)結(jié)構(gòu)、相和形態(tài)、結(jié)晶度以及分子相互作用的詳細(xì)信息。
展開 具有高外量子效率和寬光譜響應(yīng)的有機(jī)-無機(jī)雜化錫基鈣鈦礦光電探測器
有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料具有載流子遷移率高、擴(kuò)散長度長、暗電流密度低、吸收邊緣鋒利等優(yōu)點(diǎn), 因而成為用于光電探測的理想材料. 但是, 相對(duì)較小的帶隙(1.6 eV)限制了這些材料在近紅外區(qū)的光子捕獲效率.
華南理工大學(xué)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(dǎo)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(fā)表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9377-3
圖1 有機(jī)-無機(jī)雜化錫基鈣鈦礦光電探測器的(a)結(jié)構(gòu)，(b ,c)EQE譜，(d)光響應(yīng)度
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 當(dāng)錫的含量達(dá)到30%時(shí), 探測器的光譜響應(yīng)拓寬到
1000?nm.
此外, 我們制備的探測器的光譜響應(yīng)度達(dá)到
0.39?A/W,
歸一化探測率達(dá)到
7×10E12?Jones.
器件的外量子效率在350到900 nm范圍內(nèi), 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 中國海洋測繪研究趨勢分析
期間隨著相關(guān)學(xué)科科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出新的研究熱點(diǎn)，如北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)、GIS、遙感等，也有一些熱點(diǎn)時(shí)隔20多年后再次爆發(fā)，如衛(wèi)星測高。下面對(duì)5個(gè)時(shí)間階段具體分析。
1994-2000年間，《海洋測繪》的高頻關(guān)鍵詞為GPS、衛(wèi)星測高、海道測量、測深儀和水深測量等，通過聚類得到的主要研究主題為重力異常、動(dòng)態(tài)定位精度、測深儀、測深精度和定位精度等。圖
5a表明該時(shí)期的突出特征我國學(xué)者衛(wèi)星測高技術(shù)開展大量的研究，并應(yīng)用于大地水準(zhǔn)面、重力場和海面地形等海洋大地測量領(lǐng)域，這是由于海洋測高衛(wèi)星T/P（1993-2003）取得了成功，并在國際上引發(fā)測高研究熱潮，由此可見我國海洋測繪學(xué)者具有較敏銳的熱點(diǎn)洞察能力，能夠及時(shí)有效的應(yīng)用國際新興技術(shù)。
2001-2005年間，《海洋測繪》載文的研究高頻關(guān)鍵詞為GIS、海洋測量、多波束測深、水深測量和數(shù)字海圖等，聚類主題主要為GIS、GPS、水深測量、國際海道測量組織和地圖集等。該時(shí)間段，地理信息系統(tǒng)GIS的熱度最高，關(guān)鍵詞頻次和聚類強(qiáng)度均居首位，此外該階段也出現(xiàn)了多波束測深、側(cè)掃聲吶、海洋磁力等方向的研究熱點(diǎn)。表明該階段我國海洋測繪的數(shù)據(jù)容量和裝備能力都有所提升，對(duì)新型數(shù)據(jù)管理和裝備應(yīng)用的相關(guān)理論研究提出了需求。
2006-2010年間，《海洋測繪》載文的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞主要為全球定位系統(tǒng)、GIS、多波束測深、數(shù)字高程模型、數(shù)字海圖等，聚類分析得到主要研究主題為全球定位系統(tǒng)、GIS、生產(chǎn)模式、遙感圖像處理、側(cè)掃聲吶等。該階段的研究熱點(diǎn)基本如前一階段，但首次出現(xiàn)了遙感類的關(guān)鍵詞聚類，其核心關(guān)鍵詞主要包含遙感影像、圖像處理、高光譜等，表明遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于海洋測繪領(lǐng)域。
2011-2015年間，《海洋測繪》載文的高頻關(guān)鍵詞為多波束測深、GPS、側(cè)掃聲吶、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和精度等，聚類主題主要為多波束測深、定位精度、余水位、慣導(dǎo)和海洋重力儀等。
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