成像光谱系统——航空航天遥感应用
高光谱成像
高光谱探测器 人眼
每个像元包括数十至数百 个窄波段光谱信息
光谱信息
产生 光谱 曲线
多光谱成像（Multispectral imaging）
几个波段
高光谱成像（Hyperspectral Imaging）
数十到数百个波段，光谱分辨率一般 为1-l0nm
超光谱成像（Ultraspectral Imaging）
• 栅状滤色器结构
• 棋盘式Bayer滤色器的结构
摄像器对光信号的RGB分量用完 利用人眼对红色和蓝色图像分辨力低的特
全相等的采样频率fs
点，采用棋盘格式。在提高G信号的上限频
率同时又能保持图像画面的彩色均匀性。
彩色图像的生成
1.原始场景 2.Bayer 滤色器传感器的输出 3.Bayer 滤色器颜色编码输出 4.缺失颜色重建图像 5.全彩RGB图像对比
X射线安检仪核心部件
1.射线源
2.探测器与数据采集
数据与结果
灰度合成
彩色合成
边缘增强
等效原子序数<10
有机物 橙色
10 < 等效原子序数 < 18 混合物 绿色
等效原子序数>18
无机物 蓝色
光谱测量
被测光源发出的光经过光栅色
光栏
散后在CCD像元上成像，CCD各像 光源
元位置分别对应于光色散后的不同
波长，由采样电路对CCD输出信号 进行逐位采样，根据采样的位数，
驱动电路 CCD
可以知道信号所在的波长，而信号
的幅度则是该波长的光辐射能量。 计算机
A/D
光栅 采样电路
只要对目标进行一次采样，就可得到在一定波长范围内的光谱分布曲 线，因而可以用于测量闪光灯等瞬态发光源的光谱。
5.3 典型成像系统及应用
5.3.2 彩色面阵成像系统
彩色面阵成像系统
彩色面阵成像方式
Bayer滤色片
Foveon 垂直滤光
3CCD
CYGM模式
三片式彩色摄像机
分色棱镜 CCD(R)
前置放 大器
自动白色 平衡器
可变焦距透镜
光圈 马达
CCD(B)
CCD(G)前置放 大器源自前置放 自动白色大器
平衡器
X射线安检仪组成
1. X射线源 2. 探测器与数据采集 3. 过程控制 4. 用户操作
X射线安检仪组成
1. X射线源 2. 探测器与数据采集 3. 过程控制 4. 用户操作
大型多视角线扫描
• 便携式线扫描 • 常用单视角线扫描 • 交运行李双视角线扫描 • 大型多视角线扫描 • 转台式液体CT • 行包CT等类型
5.3 典型成像系统及应用
5.3.1 线阵成像系统
线阵成像系统
线阵成像系统
传真、扫描和复印
传真纸
滚筒
光源 光阑 物镜
驱动电路 信号输出
信号处理 CCD
传真与复印是线阵CCD图像传感器使用最广泛的设备。 传真：图文纸随滚筒旋转完成一维扫描，CCD完成另一维扫描。 复印：可以理解为传真过程的逆过程，即CCD产生的一行图像被成 像在感光硒鼓上形成静电像，进而形成着色剂像并将之转印在复印 纸上形成复印文字或图案。
驱动器
缺陷补偿
同步发生
Y = 0.33R + 0.5G + 0.17B
信号处理 信号处理 信号处理
R·G
编
码 B·G
器
Y
全信号
矩阵
外形补偿 信号处理
自动光圈
三片式彩色摄像机结构原理框图
单片式彩色摄像机
透镜
CCD
高通 分离
滤色器
彩 色 分 离 电 LH延迟 路
低通 滤波
低通 滤波
低通 滤波
处理 放大
成像光谱系统的扫描方式
摆扫Whisk broom 推扫 Push broom 窗扫Window broom
线阵探测器
面阵探测器
带有干涉条纹的二维空间图像
没有内在的运动部件和前置狭缝
5.3 典型成像系统及应用
5.3.4 X射线安检仪
X射线安检仪
X射线成像
• X射线的医学检查、工业探伤、天文学观察 (X射线望远镜)、安检仪等
成像光谱系统——航空航天遥感应用
成像光谱技术是光谱分析技术和图 像分析技术的结合，同时具备光谱 分辨能力和图像分辨能力，可以对 被测物体进行定性、定量、定位分 析，利用物体表面成分的光谱差异 ，可以实现对目标的精确识别和定 位，在物质识别、遥感探测、分析 诊断等方向具有广泛的应用。
1983美国研制出世界上第一台 光谱成像仪AIS-1
滤色器 Color Filter Array
面阵成像系统的广泛应用
• 电子与半导体 • 芯片的测量与加工，PCB装配
• 制药 • 药品生产过程中的质量检测 • 药品的形状、厚度，药品装瓶数量统计
• 工业 • 外观完整性检测 • 条码识别，生产日期 • 工业品的尺寸测量 • 表面质量检测
IC 成品检测
质量检测
当工件(或纺织品等)表面受到光照射 时，表面的不清洁处或疵点对入射光 产生漫反射，将漫反射光投影到CCD 上，然后对CCD输出的光电信号进行 处理，可以完成表面质量检测。 • 检验集成电路掩模缺陷 • 硅片表面质量 • 布匹、纸张和药片的表面疵点等。
对可以透过光线的薄片状的布匹、纸张 等也可以采用测量透射光的做法。
处理 放大
处理 放大
单片式CCD彩色摄像机框图
彩
色
编 全信号输出 码
器
单片式彩色面阵成像
RG B
R(x) x
G(x) x
T/3 B(x)
x T
R G R G R G R G1 G B G B G B G B2 R G R G R G R G3 G B G B G B G B4 R G R G R G R G5 G B G B G B G B6 R G R G R G R G7 G B G B G B G B8
数千个波段，分辨率高达1nm
波段 反射率
16km宽
波长/nm
全球第一个星载高光谱成像器于1997年在NASA随着Lewis卫星发射升
空，它包含了384个波段（400-2500nm）
成像光谱技术的分类
色散型 分光元件:棱镜、光栅
干涉型 干涉图进行傅里叶变换
狭缝，光通量低，信噪比低 能量利用率高，多通道，高光谱分辨率
• 汽车制造 • 零部件外形尺寸检测 • 装配完整性检测 • 部件的定位与识别
• 印刷 • 钱币、纺织品印刷质量检测 • 印刷质量检测，印刷对位，字符识别
• 医学应用 • 血液分析，光电内诊镜测试，细胞分析
轮胎的定位与识别
纺织品质量检测
5.3 典型成像系统及应用
5.3.3 成像光谱系统
成像光谱系统