光谱技术入门

文章目录光谱光谱分析法光谱的分类多光谱技术Multispectral高光谱成像Hypespectral光谱光谱分析法由于每种原子都有自己的特征谱线因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成这种方法叫做光谱分析。做光谱分析时可以利用发射光谱也可以利用吸收光谱这种方法的优点是非常灵敏而且迅速。某种元素在物质中的含量达10-10克就可以从光谱中发现它的特征谱线因而能够把它检查出来。光谱分析是一种根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成、结构或者相对含量的方法。按照分析原理光谱技术主要分为吸收光谱发射光谱和散射光谱三种按照被测位置的形态来分类光谱技术主要有原子光谱和分子光谱两种。光谱的分类按波长区域不同光谱可分为紫外光谱、可见光谱和红外光谱波长处于380和780nm之间的光波称为可见光短于380nm的称之为紫外光而长于780nm的则为红外光红外光又分为近红外、中红外、远红外等等。多光谱技术Multispectral是指能同时获取多个光学频谱波段通常大于等于3个并在可见光的基础上向红外光和紫外光两个方向扩展的光谱探测技术。常见实现方法是通过各种滤光片或分光器与多种感光胶片的组合使其在同一时刻分别接收同一目标在不同窄光谱波段范围内辐射或反射的光信号得到目标在几张不同光谱带的照片。身边最常见的多光谱照片是彩色相机拍摄的照片。高光谱成像Hypespectral是一种可以捕获和分析一片空间区域内逐点上光谱的精细技术由于可以检测到单个对象不同空间位置上的独特光谱“特征”,因此可以检测到在视觉上无法区分的物质。高光谱图像由更窄的波段10-20 nm组成。高光谱图像可能有数百或数千个波段。物体与光源的光相互作用并被非成像光谱分析设备比如光谱仪接收后设备可以精确地反应出接收到的光信号在光谱频带上分布的强度差异也就是光谱信息。而使用高光谱设备时从成像特性角度看可以了解到样品各个位置的光谱信息从光谱特性角度看可以了解在特定光谱带内的信号位置分布也就是说高光谱设备可以获取更加丰富的细节信息。例如人眼只能接收三个光谱频段中物体的光能量信号红色绿色和蓝色。也就是我们常称的发光三原色但是事实上我们能够看到由这三种颜色的组合产生的橙色紫色青绿色等等的更细微的色彩。但是我们并不不能区分纯黄色和红绿二色的混合色的差异这也称为“同色异谱”。但是高光谱成像却可以轻松分辨其中的区别。上图两种黄色一种是“纯色”另一种是红色和绿色的混合物在视觉上可能无法区分但由于它们的光谱差异使用光谱设备则可以将其区分。高光谱成像仪HSI可以类比为数百或数千个单点光谱仪紧密的排在一起并同时关注一片区域每个光谱仪都独立工作并获取自己所在位置的光谱信息。从HSI输出的数据是图片或者视频流这些图片或者视频中的每个像素都有自己的光谱并且每一张光谱都包含数百个光谱频带。 高光谱成像技术的这种“全光谱”功能让人们可以看到一个场景中每一个可分辨的空间位置上的光谱信号即得到了更多维度的信息。因此高光谱成像的应用场景很丰富其中包括艺术品鉴别农作物健康海岸线测绘森林矿物勘探城市和工业基础设施生产线产品质量环境监控等等。