光譜儀的工作原理掃描方式數據分析處理及修正校正介紹

隨著光譜技術的發展，光譜分辨率和空間分辨率等方面都有了很大的提升，應用的領域也越來越廣泛，尤其是遙感觀測領域，對數據的質量要求很高，時至今日人們已經研究出了很多技術手段來獲取物質的光譜信息，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：是通過折射原理運用棱鏡將復色光色散成空間上分離且連續的譜線。

濾光片光譜儀：是利用不同中心波長窄帶濾光片將所探測光線分離出光譜進行研究。

衍射光柵光譜儀：是利用多縫衍射將復色光分解成空間分離連續的光譜譜線。

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傅里葉變換的方法得到應對光譜信息，在天文學、氣候監測、大氣科學等領域都得到了廣泛的應用。

光譜成像的掃描方式

揮掃方式：利用線陣探測器來獲取光譜信息，因此需要利用機械掃描反射鏡和平臺運動配合獲取目標的空間信息，優點是系統簡單，定為方便，精度高，數據穩定性高。

凝視方式：在每一個成像周期，通過面陣探測器始終對準同一區域的目標成像，比較常見的有可調諧濾光片型和快照型。

推掃方式：面陣探測器同時獲取目標空間信息和光譜信息，隨著平臺運動，相機在沿軌方向掃描從而獲取目標的全部光譜數據立方體，傳統的色散、干涉型光譜成像儀，基本都是采用此方法，優點是無機械掃描結構，實用性強、可靠性強。

多光譜相機的數據質量分析

光學系統是多光譜相機的核心，其傳遞函數、相面照度、畸變等都會影響成像的質量，通常相機的傳遞函數分為靜態函數和動態傳遞函數。靜態傳遞函數由光學系統傳遞函數和探測器尺寸相關的傳遞函數的乘積決定，動態傳遞函數是相機工作時的傳遞函數，主要由靜態傳遞函數、成像傳遞函數和環境相關的傳遞函數等決定，傳遞函數值變差表示圖像高頻部分分辨率降低，光學系統的光能量決定了光學系統的能量特性；相面照度會影響對比度；光學畸變是由各視場橫向放大率的不同，會造成相似度降低，影響定位精度。

多光譜相機的數據處理

多光譜相機分割出八個區域，分別獲得目標的一個譜段影像，通過搭載在無人機上推掃來獲取原始影像，為獲得單譜段影響，需要進行譜段拼接處理，由于姿態等因素的影響，各譜段間的圖像需要進行空間位置的精配準。多光譜相機的數據處理包括：輻射度校正、幾何修正、影響配準拼接、光譜輻射定標。

幾何修正

多光譜相機在工作過程中，由于各種因素的影響，獲得的影響本身的幾何形狀與其對應的形狀往往是不一致的，使影響產生了幾何形狀或位置的失真，我們稱為幾何畸變。其主要表現形式擠壓、扭曲、伸展、和位移等等，這種畸變是隨機產生的。盡管畸變的原因有很多種，但大部分畸變可通過幾何修正來消除。

輻射度校正

多光譜相機獲得的原始數據直接來自于CCD探測器，其存在暗電流和像元間響應的不一致性，在數據處理過程中，將直接利用暗電流噪聲數據和像元間響應不一致性數據，進行輻射度校正。

光譜輻射校正

在處理的到的多光譜相機各單譜段影像之后，還需要對其進行光譜輻射校正。