自助下单地址（拼多多砍价，ks/qq/dy赞等业务）：点我进入

摘要：本文论述了成像光谱仪的基本原理及其在农业、林业、工业、科研、环保等方面的应用，并简要介绍了我国光谱仪的研究和发展情况。

关键词：光谱仪； 原则; 应用

成像光谱仪是20世纪80年代在多光谱遥感成像技术的基础上发展起来的。 获取高光谱分辨率的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。 高光谱成像仪应用广泛，可用于地物的准确分类、地物的识别、地物的特征信息提取等。 建立目标的高光谱遥感信息处理和定量分析模型后，可以提高高光谱数据处理的自动化和智能化水平。 由于成像光谱仪光谱分辨率高的巨大优势，在空间观测地球的同时获取地物的多幅连续波段光谱图像光纤光谱仪 原理，成为遥感领域的研究热点，从而实现从太空直接识别地球表面物质的目的。 空间观测地球的主要技术手段。 光谱成像仪在地面的使用也取得了很大的成果，如科学研究、工业、农业、林业和环境保护等。 本文主要简要介绍了高光谱成像仪的基本原理及其在农业、林业和环境保护方面的应用。

1 系统工作原理及结构

高光谱成像仪结合了成像技术和光谱技术。 在检测物体的空间特征时，每个空间像素色散形成几十到几百个带宽约10nm的连续光谱覆盖。 根据成像光谱仪扫描方式的不同，其工作原理也不同。 这里以光学成像仪成像为例，简单介绍一下焦平面探测器推扫式成像的原理。

1.1 系统工作原理

焦平面探测器推扫式成像原理如图1所示，地物反射光通过物镜成像在狭缝平面上，狭缝作为光阑使地物像通过沿轨道方向条带光纤光谱仪 原理，挡住其他部分的光线。 地面目标的辐射能量通过指向镜，被物镜收集，通过狭缝增强准直照射到色散元件上。 色散元件在垂直条带方向发生光谱色散后，由传感器上的会聚镜会聚成像。 三维CCD面阵检测元件分布在光谱仪的焦平面上。 焦平面的水平方向平行于狭缝，称为空间维度。 每行水平光敏元件上是地物条带光谱带的图像； 焦平面垂直方向为色散方向，称为光谱维度。 在每行感光元件上是一个特征条，是空间采样视场（像素）的光谱色散图像。 这样，面阵探测器的每一帧图像数据就是轨道方向上一条带状地物的光谱数据，加上航天器的运动，光谱图像以一定的速率连续记录，并且可以得到地面的二维图像和图中每个像素点的光谱数据，图像立方体。

图 1 光谱成像仪数据采集系统结构

1.2 光谱成像仪数据采集系统组成

光谱成像仪由光学系统、信号前端处理箱、数据采集记录系统三部分组成。

数据回放和预处理通过专用软件在高性能微型计算机上完成。 本软件具有以下功能：数据备份； 快速播放； 数据规范化和格式转换； 图像分割和截取； 标准格式图像数据生成等

2 成像光谱仪的应用

成像光谱仪广泛应用于化学、物理、生物、医学等诸多领域，对纯定性到高度定量的化学分析和分子结构测定具有很大的应用价值。 例如，在生物化学研究中，拉曼光谱可以用来鉴别某些类型的物质，还可以测量分子的振动和旋转频率，定量了解分子间作用力和分子内作用力的情况，推断分子的对称性、几何形状、分子中原子的排列，热力学函数的计算，振动旋转拉曼光谱和旋转拉曼光谱的研究，可以获得分子常数的数据。 对于非极性分子，由于它们没有吸收或发射的旋转和振动光谱，因此许多振动旋转能量和对称性等信息都反映在散射光谱中。 对于极性分子，可以通过红外光谱获得许多分子参数的知识，但为了获得更完整的数据，红外光谱和拉曼光谱往往同时观察。 他们有不同的选择规则，可以提供互补的数据。 . 这两个光谱现在是一个强大的研究工具，当彼此配对时。

图 2 光谱成像仪数据采集系统结构

光谱成像仪在土地利用、作物生长、分类、害虫检测、海水水色测量、城市规划、石油勘探、地貌学和军事目标识别等方面也有着广阔而深远的应用前景。 可见近红外光谱范围高光谱成像仪在植被和海洋中应用最广泛； 植被的反射光谱特征主要取决于叶片中叶绿素的含量和组成，正常生长的植物具有典型的光谱形状； 当生长不良、病虫害等因素诱发地下金属矿物发生病变时，会引起反射强度比和吸收光谱特征小位移（0.68μm）的变化。 观察这种位移需要光谱分辨率优于5nm、信噪比大于100的高光谱成像仪。 在光波范围内只有可见光才能观察水下情况，穿透力最好的波长范围是0.45-0.60μm（蓝光到黄光），又称“海洋之窗”。 可见光高光谱成像仪可以观察海洋中沉积悬浮物、浮游生物和叶绿素的分布。 辐射灵敏度高（信噪比在 500 以上）。

……

3 结论

除了上述实际应用，高光谱成像仪目前在大多数自然科学领域都发挥着重要作用。 随着面阵探测器阵列制造技术的进一步提高，一些新的成像光谱技术得到应用。 采用这些技术的光谱仪更加可靠稳定，体积小、重量轻、光谱分辨率高、实时性更好、光谱范围更广。 这种光谱成像仪将成为新一代光谱成像仪的代表，科研人员将更加关注这类光谱仪，使其得到更广泛的应用。