多光譜相機(jī)的那些事~

閱讀：1450發(fā)布時(shí)間：2021-9-17

　　隨著光譜技術(shù)的發(fā)展，光譜分辨率和空間分辨率等方面都有了很大的提升，應(yīng)用的域也越來(lái)越廣泛，尤其是遙感觀測(cè)域，對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求很高，時(shí)至今日人們已經(jīng)研究出了很多技術(shù)手段來(lái)獲取物質(zhì)的光譜信息，有棱鏡分光光譜儀，濾光片光譜儀、衍射光柵光譜儀、傅里葉變換光譜儀等。

　　光譜儀的工作原理

　　棱鏡光譜儀：是通過(guò)折射原理運(yùn)用棱鏡將復(fù)色光色散成空間上分離且連續(xù)的譜線。

　　濾光片光譜儀：是利用不同中心波長(zhǎng)窄帶濾光片將所探測(cè)光線分離出光譜進(jìn)行研究。

　　衍射光柵光譜儀：是利用多縫衍射將復(fù)色光分解成空間分離連續(xù)的光譜譜線。

　　傅里葉變換光譜儀：又叫干涉光譜儀，可分為分波前法和分振幅法原理，它是將所得干涉圖通過(guò)傅里葉變換的方法得到應(yīng)對(duì)光譜信息，在天文學(xué)、氣候監(jiān)測(cè)、大氣科學(xué)等域都得到了廣泛的應(yīng)用。

　　光譜成像的掃描方式

　　揮掃方式：利用線陣探測(cè)器來(lái)獲取光譜信息，因此需要利用機(jī)械掃描反射鏡和平臺(tái)運(yùn)動(dòng)配合獲取目標(biāo)的空間信息，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，定為方便，精度高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性高。

　　凝視方式：在每個(gè)成像周期，通過(guò)面陣探測(cè)器始終對(duì)準(zhǔn)同區(qū)域的目標(biāo)成像，比較常見(jiàn)的有可調(diào)諧濾光片型和快照型。

　　推掃方式：面陣探測(cè)器同時(shí)獲取目標(biāo)空間信息和光譜信息，隨著平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，相機(jī)在沿軌方向掃描從而獲取目標(biāo)的部光譜數(shù)據(jù)立方體，傳統(tǒng)的色散、干涉型光譜成像儀，基本都是采用此方法，優(yōu)點(diǎn)是無(wú)機(jī)械掃描結(jié)構(gòu)，實(shí)用性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)。

　　多光譜相機(jī)的數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

　　光學(xué)系統(tǒng)是多光譜相機(jī)的核心，其傳遞函數(shù)、相面照度、畸變等都會(huì)影響成像的質(zhì)量，通常相機(jī)的傳遞函數(shù)分為靜態(tài)函數(shù)和動(dòng)態(tài)傳遞函數(shù)。靜態(tài)傳遞函數(shù)由光學(xué)系統(tǒng)傳遞函數(shù)和探測(cè)器尺寸相關(guān)的傳遞函數(shù)的乘積決定，動(dòng)態(tài)傳遞函數(shù)是相機(jī)工作時(shí)的傳遞函數(shù)，主要由靜態(tài)傳遞函數(shù)、成像傳遞函數(shù)和環(huán)境相關(guān)的傳遞函數(shù)等決定，傳遞函數(shù)值變差表示圖像高頻部分分辨率降低，光學(xué)系統(tǒng)的光能量決定了光學(xué)系統(tǒng)的能量特性；相面照度會(huì)影響對(duì)比度；光學(xué)畸變是由各視場(chǎng)橫向放大率的不同，會(huì)造成相似度降低，影響定位精度。

　　多光譜相機(jī)的數(shù)據(jù)處理

　　多光譜相機(jī)分割出八個(gè)區(qū)域，分別獲得目標(biāo)的個(gè)譜段影像，通過(guò)搭載在無(wú)人機(jī)上推掃來(lái)獲取原始影像，為獲得單譜段影響，需要進(jìn)行譜段拼接處理，由于姿態(tài)等因素的影響，各譜段間的圖像需要進(jìn)行空間位置的精配準(zhǔn)。多光譜相機(jī)的數(shù)據(jù)處理包括：輻射度校正、幾何修正、影響配準(zhǔn)拼接、光譜輻射定標(biāo)。

　　幾何修正

　　多光譜相機(jī)在工作過(guò)程中，由于各種因素的影響，獲得的影響本身的幾何形狀與其對(duì)應(yīng)的形狀往往是不致的，使影響產(chǎn)生了幾何形狀或位置的失真，我們稱(chēng)為幾何畸變。其主要表現(xiàn)形式擠壓、扭曲、伸展、和位移等等，這種畸變是隨機(jī)產(chǎn)生的。盡管畸變的原因有很多種，但大部分畸變可通過(guò)幾何修正來(lái)消除。

　　輻射度校正

　　多光譜相機(jī)獲得的原始數(shù)據(jù)直接來(lái)自于CCD探測(cè)器，其存在暗電流和像元間響應(yīng)的不致性，在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，將直接利用暗電流噪聲數(shù)據(jù)和像元間響應(yīng)不致性數(shù)據(jù)，進(jìn)行輻射度校正。

　　光譜輻射校正

　　在處理的到的多光譜相機(jī)各單譜段影像之后，還需要對(duì)其進(jìn)行光譜輻射校正。

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