高光谱成像技术

摘要： 人造植物肉在其原料运输、制糜和包装等加工环节时有发生异物污染事件,误食异物会严重损害人的身体健康。常规食品异物检测方法容易检测出如金属、石头等坚硬、深色异物,而软质、浅色、透明异物却是食品异物污染事件中的主要来源且是检测的难点。根据异物和人造肉各自化学组成成分的差异,提出了一种人造肉中低色度差异物的高光谱成像检测方法,根据异物与人造肉光谱信息的差异,建立模式识别模型,来进行人造肉中低色度差异物的判别,最后结合数字图像处理技术对异物进行空间分布可视化。选取了聚碳酸酯(PC)、涤纶树脂(PET)、聚氯乙烯(PVC)、硅胶、玻璃五种食品生产加工过程中常见的低色度差异物为研究对象,模拟人造肉压片的工业制作流程,将异物混入人造肉肉糜中,制备混有异物的人造肉样品,分别采集异物和人造肉感兴趣区域(ROI)的反射高光谱数据,采用SG,SNVT,MSC,VN,1ST及2ND六种不同的光谱预处理方法对原始光谱数据进行预处理,然后采用主成分分析法(PCA)对预处理后的光谱数据降维,采用连续投影算法(SPA)提取人造肉的特征波长。分别以全波段光谱、特征波长和主成分变量作为模式识别模型输入变量,对比LDA,KNN,BP-ANN,LS-SVM四种模式识别模型的准确率,优选出最佳的定性识别模型,设置优选模型异物类别输出变量为1、人造肉类别为0,生成二值图像,再结合数字图像处理技术实现人造肉中异物分布可视化,进而实现人造肉中低色度差异物的识别。结果表明,采用SG预处理后的光谱在降噪方面优于其他预处理方式。SPA法优选了人造肉10个特征波长。全波段主成分变量结合BP-ANN模型的检测效果最佳,准确率达98.33%。验证了高光谱技术应用于人造肉中低色度差异物检测的可行性。

摘要： 为了考察应用于弹着点射击残留物(Gunshot Residues,GSR)收集的转印介质其显色效果、影响因素、提取次数、后续高光谱分析的质量、易用性和成本等,通过实验比较BenchKote、相纸(230 g)、彩激纸(160 g)、白卡纸(260 g)、超滑纸(300 g),采用湿法提取纺织品上的GSR,然后利用红氨酸和玫瑰红酸钠显色剂将GSR可视化,再进行验证性的高光谱成像仪的分析,确定了彩激纸为最佳转印介质选择。实验涉及两种枪支口径、6种射击距离和纺织品的干燥和湿润两种情况,探究了化学显色与高光谱成像仪的联用,为多次提取进行收集固定证据、临场快速显现、分析枪支种类和射击距离提供可能。

摘要： 血迹是现场勘查中常见的生物检材,血迹陈旧度与案发时间有着必然的联系。使用高光谱成像仪,以BaSO_(4)白板作为漫反射标准参照板,每间隔1 h采集12个血迹样本在0~10 h共计132份高光谱数据。基于标准正态变换预处理光谱数据,随机选取预处理后的8个血迹样本用作训练集,4个样本用作测试集。分别以全波段和特征波段构建基于偏最小二乘法(PLS)的血迹陈旧度预测模型,同时与以主成分回归(PCR)、支持向量机回归(SVR)、最小二乘支持向量机回归(LS-SVR)算法构建的模型结果进行比较。结果表明,以偏最小二乘法构建的预测模型,训练集决定系数(R^(2)_(c))=0.996,平均绝对误差(MAE_(c))=0.002,测试集决定系数(R^(2)_(p))=0.962,平均绝对误差MAE_(p)=0.010,具有最高的预测精度和稳定性。

摘要： 该文建立了基于高光谱成像技术的复合绝缘子表面污秽状态检测实验平台。基于实验平台的实验内容包括污秽绝缘子制备、高光谱数据采集与处理、建立分类模型等,并通过分析不同污秽状态绝缘子光谱曲线的差异,对绝缘子污秽状态进行了准确分类。该实验平台涉及光学、高压、计算机等多个学科,是学生综合利用多学科专业知识处理绝缘子污秽状态分类问题的专业实验平台,既可培养学生知识拓展能力和实践应用能力,也能帮助他们很好地理解绝缘子特性和污闪现象。

摘要： 随着航天技术的发展,星载高光谱成像技术日趋成熟并得到广泛应用。首先对高光谱成像的基础概念及特点进行了阐述,然后从国内、国外两个角度系统介绍了近二十年星载高光谱成像仪的发展状况,并分析了其主要性能指标和相关遥感应用,最后对星载高光谱技术在战场环境侦察、海洋军事行动监测、战场气象环境评估、导弹预警探测等方面的军事应用进行了分析概括,并通过举例进行了简要说明。

摘要： 目的实现食品塑料包装袋的快速检测和材质区分。方法研究使用高光谱成像技术在450~950nm波长范围下采集了49组不同食品包装袋样本的光谱数据,利用Savitzky-Golay平滑滤波、数据归一化和主成分分析进行预处理,建立决策树、支持向量机2种传统机器学习模型和卷积神经网络模型,并比较了它们对包装袋材质的识别性能。结果决策树模型与支持向量机模型的验证识别率分别为87.8%和88.9%,卷积神经网络模型的验证识别率高达100%,损失函数值最终下降到0.0171且达到收敛,在分类效果和精度上具有明显的优势。结论高光谱检测方法不破坏检材,重现性好,稳定性强,实现了对食品塑料包装袋的精准识别。卷积神经网络模型对食品包装袋高光谱数据的识别效果最好,为食品包装袋质量检测领域中塑料包装袋的识别鉴定提供依据。

摘要： 【目的】利用高光谱成像技术估测大豆叶片叶绿素含量并实现其分布可视化,为直观监测大豆元素营养水平和生长发育状况提供技术支持。【方法】利用高光谱成像技术采集80片生长发育程度不同的大豆叶片高光谱图像,提取并计算叶片平均光谱后测定其对应的叶绿素含量,分析大豆叶片反射光谱特征差异,比较叶绿素与叶片反射光谱特征的关系,通过不同的植被指数与叶绿素含量进行相关性分析并构建大豆叶绿素含量估测模型,绘制大豆叶片叶绿素含量分布图。【结果】大豆叶片叶绿素含量不同,导致反射光谱曲线在“绿峰”和红边区域的差异明显,高反射率平台无显著差异。叶绿素的特征波段主要位于可见光的红光与绿光波段范围。自由组合植被指数RVI(968,698)与叶绿素含量的相关性最好(r=0.923),其作为光谱参量构建的叶绿素含量估测模型(y=0.606x-0.0177)预测效果最好,其训练集决定系数(R_(C)^(2))、预测集决定系数(R_(P)^(2))和均方根误差(RMSE)分别为0.852、0.799和0.356。【结论】根据估测模型计算大豆叶片高光谱图像上每个像素点的叶绿素含量值,结合伪彩色图像处理技术绘制出叶绿素含量分布可视化图,可直观地展示大豆叶片叶绿素含量的分布情况。

摘要： 高光谱成像(hyperspectral imaging,HSI)技术作为一种无损、快速、准确的检测技术在动物源性食品微生物污染检测方面得到了广泛应用。该技术集图像与光谱技术的优势于一体,可同时检测实验样品的物理特征与化学特征。本文系统地综述HSI原理,及其在动物源性食品微生物(菌落总数、腐败菌、致病菌)污染无损检测方面的研究进展,指出HSI可以检测出食品中的目标微生物种类和数量,并提出随着光学技术、计算机技术的进一步发展,HSI未来可能的发展方向。

摘要： 针对丘陵地区果树种植过程中出现的相关病虫害预防难、监测效率低等问题,课题组通过无人机硬件选型、无人机在丘陵地区的飞行关键技术设计、高光谱成像技术运用、图像分割和共生矩阵纹理特征分析,实现高光谱图像的获取和处理,设计了丘陵果园病虫害监测系统方案。仿真结果表明:相较于传统的航天、航空遥感技术,无人机遥感技术可以高效率地获取空间信息,具有机动灵活、时效性高、简洁安全、经济的优点;无人机载高光谱相机对丘陵果园病虫害进行监测,可以实现对丘陵果园病虫害的及时预防与精准监测。

摘要： 绝缘子污闪是电力系统长期运行需面临的传统问题,而在积污阶段准确评估绝缘子污秽程度,可合理安排清扫周期,为污闪的防治提供理论指导。本文利用高光谱与红外图像技术的优势,建立了基于信息融合的绝缘子污秽程度检测模型,为绝缘子污秽程度检测新方法提供了新思路。通过人工涂污制备了不同污秽程度的绝缘子进行耐压试验,采集了染污绝缘子高光谱及红外图像。利用图像处理技术,对采集的图像进行校正、去噪、分割等操作,有效降低环境、仪器噪声等因素的干扰。并通过特征提取技术,得到了能够有效表征绝缘子污秽程度的高光谱与红外图像特征量,将不同的特征量进行融合建立了基于高光谱与红外图像信息融合的绝缘子污秽程度检测模型,实现从不同角度对绝缘子污秽程度进行评估,模型的检测准确率为90%。该方法突破了传统检测方法的瓶颈,可为输电线路绝缘子污秽程度智能运检提供新的思路。

摘要： 为了实现颗粒状样本的大面积无损快速检测,该研究结合拉曼光谱和高光谱技术搭建了一套线扫描式拉曼高光谱检测系统,对奶粉和三聚氰胺颗粒混合样本进行了检测研究.研究通过高斯窗平滑法和airPLS基线校正方法分别消除了拉曼光谱中的噪声信号和荧光背景,选取三聚氰胺主要特征峰(671.71cm-1)处的单波段图像作为是否含有三聚氰胺颗粒的判断依据.研究首先对三聚氰胺产生的拉曼信号在奶粉颗粒中的穿透深度进行了检测,随后完成了10种不同浓度的三聚氰胺奶粉混合样本的拉曼高光谱采集,对特征单波段图像中各像素点的拉曼强度平均值进行一元线性分析,并对单波段图像进行二值化处理.结果显示,在三聚氰胺特征单波段图像中,感兴趣区域内所有像素点的拉曼强度平均值与三聚氰胺浓度之间线性度较高,其决定系数R2达到了0.9954.在二值图像中,三聚氰胺颗粒的位置信息能够直观的展现.研究结果表明,拉曼高光谱成像技术具有快速、无损和大面积检测的特点,在实际应用中具有巨大潜力.

摘要： 建立一个适用于高光谱图像质量定量化的评估系统,对于高光谱成像仪的研制及高光谱图像数据的应用都有重要的意义.在分析机载推帚式高光谱成像仪器及其所获取的图像数据特征的基础上,介绍评估系统的框架、主要功能、关键技术等情况,并以此为基础分析了机载高光谱图像质量评估的必需元素及评价参数的归类.

摘要： 建立一个适用于高光谱图像质量定量化的评估系统,对于高光谱成像仪的研制及高光谱图像数据的应用都有重要的意义.在分析机载推帚式高光谱成像仪器及其所获取的图像数据特征的基础上,介绍评估系统的框架、主要功能、关键技术等情况,并以此为基础分析了机载高光谱图像质量评估的必需元素及评价参数的归类.

摘要： 建立一个适用于高光谱图像质量定量化的评估系统,对于高光谱成像仪的研制及高光谱图像数据的应用都有重要的意义.在分析机载推帚式高光谱成像仪器及其所获取的图像数据特征的基础上,介绍评估系统的框架、主要功能、关键技术等情况,并以此为基础分析了机载高光谱图像质量评估的必需元素及评价参数的归类.

摘要： 建立一个适用于高光谱图像质量定量化的评估系统,对于高光谱成像仪的研制及高光谱图像数据的应用都有重要的意义.在分析机载推帚式高光谱成像仪器及其所获取的图像数据特征的基础上,介绍评估系统的框架、主要功能、关键技术等情况,并以此为基础分析了机载高光谱图像质量评估的必需元素及评价参数的归类.

摘要： 一种高光谱成像系统及重构光谱成像方法属于光电成像技术领域，不仅可以保持成像系统高灵敏度和高空间分辨率，而且谱段在轨可重构可以解决光谱分辨率与体积重量和有限星上资源的矛盾。本发明提出的高光谱成像系统，不仅在小体积尺寸下可保持成像系统高灵敏度和高空间分辨率，而且谱段可重构方法可以解决光谱分辨率与体积重量以及有限的压缩存储数传等硬件资源的矛盾。

摘要： 提供了一种高光谱传感器。高光谱传感器包括窗口、设置在窗口的背面上并且包括多个透镜的第一聚焦部分、设置在第一聚焦部分的背面上并且具有与窗口的背面平行的正面的第一图像传感器、与第一聚焦部分和第一图像传感器间隔开并具有相对于窗口的背面倾斜的正面的第一镜子、与第一镜子间隔开的第一光学元件、与第一光学元件间隔开并在其中具有周期性的折射率分布的第二光学元件、与第二光学元件间隔开并包括多个透镜的第二聚焦部分、以及设置在第二聚焦部分的背面上的第二图像传感器。还提供了包括高光谱传感器的高光谱成像系统，以及使用该高光谱成像系统的高光谱成像方法。

摘要： 本申请公开了一种非制冷高光谱成像芯片和高光谱成像仪，包括感光芯片，感光芯片包括多个超像元，每个超像元包括多个互不相同的第一光谱像元，每个第一光谱像元包括多个使第一光谱像元的光谱响应为宽带响应的特征微结构；每个超像元输出与待测目标对应区域的光谱信息，光谱信息包括多个离散的波长，以便得到与每个波长对应的光谱图像，并得到高光谱数据立方体。本申请中特征微结构使非制冷高光谱成像芯片的光谱响应为宽带的，没有狭缝和窄带滤光片限制光谱成像系统的光通量，提升光通量和信噪比；超像元兼具光谱测量和成像作用，从而使非制冷高光谱成像芯片通过一次曝光拍摄即可得到高光谱数据立方体，解决传统光谱成像系统成像缓慢的问题。

摘要： 本申请公开了非制冷高光谱成像芯片和高光谱成像仪，包括成像感光芯片，成像感光芯片包括在预设方向上排布的多个线状像元阵列；每个线状像元阵列包括多个相同的光谱像元，不同线状像元阵列中的光谱像元不同，且每个光谱像元包括多个使光谱像元的光谱响应为宽带响应的特征微结构；成像感光芯片在预设方向上移动时获取待测目标的光谱信息和空间信息，得到待测目标的高光谱图像。特征微结构使高光谱成像芯片的光谱响应为宽带的，提升光通量和信噪比；且由于使用了宽带响应光谱像元，线扫灵活性增加，可以提升高光谱图像的获取速度。

摘要： 本发明提供了一种高光谱成像系统、高光谱相机及高光谱相机系统，该高光谱成像系统在探测器的像平面上以镀膜的方式设置不同透过波长的滤光片，同一透过波长的滤光片在像平面上由像平面的中心向边缘呈放射的形式排列，成像时，控制模块控制电机带动探测器以其中心为轴对目标物体进行旋转扫描，得到目标物体的多个不同波段的高光谱图像。该系统得到的高光谱图像的中心分辨率高，不存在光谱混叠的现象，光谱覆盖范围广，成像系统的集成度高，缓解了现有的采用色散分光技术进行分光时，得到的高光谱图像存在光谱混叠度高，光谱范围窄，成像系统的紧凑性较低的技术问题。

摘要： 成像系统包括用于记录高光谱光场（CLF）的光场相机（3）。系统还包括用于投影可见光中的光场（PLF）的光投影仪（4）。相机和投影仪共享公共光轴。投影仪基于光场相机所捕获的高光谱光场（CLF）来投影光场（PLF）。

摘要： 一种高光谱成像系统及重构光谱成像方法属于光电成像技术领域，不仅可以保持成像系统高灵敏度和高空间分辨率，而且谱段在轨可重构可以解决光谱分辨率与体积重量和有限星上资源的矛盾。本发明提出的高光谱成像系统，不仅在小体积尺寸下可保持成像系统高灵敏度和高空间分辨率，而且谱段可重构方法可以解决光谱分辨率与体积重量以及有限的压缩存储数传等硬件资源的矛盾。

摘要： 本实用新型提出了一种用于高光谱成像的镜头组件和高光谱成像系统，包括第一镜筒、第二镜筒和分光器，第一镜筒的中心设有准直镜头，第二镜筒的中心设有聚焦镜头，第一镜筒和第二镜筒包围形成密封腔体，分光器被设置在密封腔体中，并且在准直镜头和聚焦镜头之间。本实用新型的一种用于高光谱成像的镜头组件结构紧凑，制造简单，成像速度快，空间分辨率不受光谱分辨率的限制，成像芯片规格不限，投资成本降低。

摘要： 本实用新型提供了一种高光谱成像系统、高光谱相机及高光谱相机系统，该高光谱成像系统在探测器的像平面上以镀膜的方式设置不同透过波长的滤光片，同一透过波长的滤光片在像平面上由像平面的中心向边缘呈放射的形式排列，成像时，控制模块控制电机带动探测器以其中心为轴对目标物体进行旋转扫描，得到目标物体的多个不同波段的高光谱图像。该系统得到的高光谱图像的中心分辨率高，不存在光谱混叠的现象，光谱覆盖范围广，成像系统的集成度高，缓解了现有的采用色散分光技术进行分光时，得到的高光谱图像存在光谱混叠度高，光谱范围窄，成像系统的紧凑性较低的技术问题。

摘要： 本实用新型公开了一种提高光谱成像仪精确度的装置及光谱成像系统，涉及光学领域。该装置包括：外部计算机、光谱成像仪、光谱辐亮度计、参考光源、目标光源。该装置中外部计算机与光谱成像仪以及光谱辐亮度计连接，用于当参考光源入射光谱成像仪时，根据光谱成像仪的响应值、增益、积分时间以及通过光谱辐亮度计探测出的光谱辐亮度标定光谱成像仪的响应特性，并将光谱成像仪的响应特性传输给光谱成像仪，光谱成像仪中的计算单元用于当目标光源入射时光谱成像仪时根据光谱成像仪的响应特性获取目标光源的光谱辐亮度。通过本申请的装置能够将目标光源的光谱辐亮度计算出来，完成对目标光源辐射信息的复原，提高光谱成像仪的精确度。