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2025-01-21 09:30:56機(jī)載高光譜成像儀
機(jī)載高光譜成像儀是一種集光譜分析與成像技術(shù)于一體的高精度遙感設(shè)備。它能夠在飛行過程中,對地表目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)光譜段成像,獲取豐富的光譜信息和空間信息。該儀器具有分辨率高、波段多、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、礦產(chǎn)資源勘探等領(lǐng)域。通過光譜分析,可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物質(zhì)的定性識別和定量反演,為科學(xué)研究與決策制定提供有力支持。

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2025-05-20 11:00:26高光譜成像儀需要校準(zhǔn)嗎
高光譜成像儀需要校準(zhǔn)嗎? 高光譜成像儀作為一種精密的儀器,在很多科學(xué)研究、工業(yè)檢測和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。隨著設(shè)備的使用,如何確保高光譜成像儀的精度和可靠性成為一個(gè)重要課題。在此背景下,許多人開始關(guān)注高光譜成像儀是否需要進(jìn)行定期的校準(zhǔn),以及校準(zhǔn)的具體意義和方法。本文將探討高光譜成像儀校準(zhǔn)的必要性,揭示其對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響,并分析常見的校準(zhǔn)方法。 高光譜成像儀的工作原理及其精度要求 高光譜成像儀通過捕捉不同波長的光譜信息,提供比傳統(tǒng)成像技術(shù)更豐富的圖像數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通常用于分析物質(zhì)的化學(xué)組成、物理特性及其分布。高光譜成像儀的精度受到多種因素的影響,例如光源的穩(wěn)定性、探測器的響應(yīng)特性、光學(xué)組件的性能等。正是這些因素的變化,可能導(dǎo)致成像結(jié)果出現(xiàn)偏差,進(jìn)而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。 校準(zhǔn)的重要性 高光譜成像儀校準(zhǔn)的核心目的是確保儀器獲取的數(shù)據(jù)真實(shí)反映了目標(biāo)物體的光譜特性。沒有校準(zhǔn)的設(shè)備可能導(dǎo)致不同時(shí)間、不同條件下獲取的數(shù)據(jù)不具有可比性,從而影響科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用的有效性。因此,定期的校準(zhǔn)對于保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性至關(guān)重要。 校準(zhǔn)方法概述 高光譜成像儀的校準(zhǔn)通常分為光譜校準(zhǔn)和輻射校準(zhǔn)兩大類。光譜校準(zhǔn)主要目的是確保儀器能夠準(zhǔn)確地獲取各個(gè)波長的光譜信息,避免光譜位移或失真。輻射校準(zhǔn)則側(cè)重于測量儀器的輻射響應(yīng),確保其對不同強(qiáng)度的光信號做出正確的反應(yīng)。 光譜校準(zhǔn):通過使用已知光譜特性、精確的標(biāo)準(zhǔn)光源來進(jìn)行校準(zhǔn)。這可以幫助調(diào)整儀器的光譜分辨率,確保所測量的波長值與實(shí)際值相符。 輻射校準(zhǔn):這涉及到使用標(biāo)準(zhǔn)輻射源(如黑體輻射源)來校正儀器的輻射響應(yīng)曲線,從而提高輻射測量的精度。 校準(zhǔn)周期與設(shè)備維護(hù) 高光譜成像儀的校準(zhǔn)并非一次性的操作,隨著設(shè)備的使用時(shí)間增加,可能會(huì)出現(xiàn)光譜響應(yīng)和輻射測量的漂移。因此,定期校準(zhǔn)成為確保長期精度和可靠性的關(guān)鍵。設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)也會(huì)影響校準(zhǔn)的效果,保持設(shè)備清潔、檢查光學(xué)系統(tǒng)的損傷等同樣是必要的步驟。 結(jié)語 高光譜成像儀的精度對各類應(yīng)用至關(guān)重要,而校準(zhǔn)則是確保精度的基礎(chǔ)。定期校準(zhǔn)不僅能提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,還能延長設(shè)備的使用壽命,避免因精度問題導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)誤差。因此,了解和掌握高光譜成像儀的校準(zhǔn)方法,并定期進(jìn)行校準(zhǔn),是每個(gè)高光譜成像儀用戶應(yīng)重視的事項(xiàng)。
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2023-02-17 12:43:41高光譜成像儀與地物光譜儀作物科學(xué)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)對比
高光譜成像儀與地物光譜儀作物科學(xué)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)對比高光譜相機(jī)是在連續(xù)光譜測量的基礎(chǔ)上,同步進(jìn)行可視化成像,具有圖譜合一的獨(dú)特優(yōu)勢。既可以觀測到作物不同脅迫癥狀的空間特征,又可獲取受脅迫作物的光譜信息,綜合地反映作物遭受脅迫的程度。目前高光譜成像已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn),學(xué)者們利用高光譜成像技術(shù)定量化地提取作物所遭受的各種脅迫特征,利用高分辨率的圖像對葉片的物理性狀、表型特征進(jìn)行分析,從而進(jìn)行多維度作物生理生態(tài)及內(nèi)部機(jī)理探測研究。傳統(tǒng)的地物光譜儀僅能采集單一的光譜數(shù)據(jù),其點(diǎn)測量(Spot measurement)數(shù)據(jù)采集方式造成測量效率低、誤差大(比如幾乎沒法精準(zhǔn)病斑測量)等缺點(diǎn),且數(shù)據(jù)分析非常耗時(shí)。IQ智能高光譜相機(jī)具備智能化、高通量面測量、在線實(shí)時(shí)分析等特點(diǎn),一舉解決了高通量+光譜測量+成像分析問題,革新了作物表型研究、性狀分析、病蟲害監(jiān)測研究的技術(shù)手段。近日,我公司使用IQ便攜式智能高光譜相機(jī)與ASD便攜式地物光譜儀同時(shí)進(jìn)行野外作物實(shí)地光譜數(shù)據(jù)采集及對比實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)使用以上兩種儀器同時(shí)對試驗(yàn)田中的小麥進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,分別獲取了同一區(qū)域的高光譜數(shù)據(jù)和圖像信息。IQ采取內(nèi)置推掃CCD成像技術(shù),體積小、重量輕、能耗低,可更充分的測量每個(gè)地面分辨單元的能量,增加相對信噪比。ASD便攜式地物光譜儀單次采集數(shù)據(jù)為視場內(nèi)所有地物的平均光譜數(shù)據(jù),僅得到一條光譜曲線;IQ獲取的高光譜圖像每個(gè)像素點(diǎn)都有其特有的光譜曲線,對地物的研究提供更精確度全面的信息。圖1  ASD高光譜數(shù)據(jù)結(jié)果(左圖)、IQ高光譜成像數(shù)據(jù)結(jié)果(右圖)IQ相機(jī)自帶數(shù)據(jù)分析及建模軟件,可進(jìn)行快速結(jié)果分析、自定義App操作,在一些惡劣環(huán)境下還可遠(yuǎn)程控制IQ相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)集可直接導(dǎo)入ENVI等通用光譜分析專業(yè)軟件,進(jìn)行進(jìn)一步的分析。試驗(yàn)田中有一區(qū)域的小麥患白 粉病較嚴(yán)重,健康小麥(橙色曲線)和患病小麥(綠色曲線)在400-1000nm范圍有明顯的反射差異,如下圖所示。圖2 健康小麥和患白 粉病小麥的光譜差異圖基于IQ高光譜成像數(shù)據(jù),我們現(xiàn)場即快速進(jìn)行了建模分析,當(dāng)即完成該區(qū)域白 粉病小麥的光譜模型創(chuàng)建。然后在創(chuàng)建的模型上對其他患病區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)證,通過對比,自動(dòng)檢測到的小麥白 粉病位置與實(shí)際位置匹配度較高,完全滿足野外快速篩查植物病的需求。 圖3 基于自定義APP快速識別小麥患白 粉病區(qū)域IQ作為一款智能、便攜的手持式科研高光譜儀,集高光譜數(shù)據(jù)采集、分析處理、結(jié)果可視化等功能特點(diǎn)于一體。相比地物光譜儀獲取的目標(biāo)高光譜信息更精確全面,同時(shí)又能獲取目標(biāo)的空間特征信息,圖譜合一,為數(shù)據(jù)處理和分析提供更詳細(xì)的信息。此外,IQ還可通過無線WIFI進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,從而實(shí)現(xiàn)無需人工值守的智能化操控作業(yè)。在作物表型研究、病蟲害檢測、抗性篩選和物種快速識別等研究應(yīng)用中具有不可比擬的優(yōu)勢。除此之外,在精 準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、遺傳育種、食品檢測、藝術(shù)品鑒定、考古文博應(yīng)用、醫(yī)學(xué)檢測、動(dòng)物行為研究等領(lǐng)域,IQ智能高光譜相機(jī)也有著廣泛的應(yīng)用前景。易科泰生態(tài)技術(shù)公司全面提供作物科學(xué)研究高光譜成像技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用方案及葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)方案,EcoTech實(shí)驗(yàn)室提供合作實(shí)驗(yàn)和作物表型檢測技術(shù)服務(wù)。
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2023-05-26 14:15:35力高泰新品 ‖ 機(jī)載高精度N2O、CH4、CO2溫室氣體測量平臺
根據(jù)世界氣象組織WMO溫室氣體公報(bào)(第18期,2022/10/26),世界平均地表CO2、CH4和N2O的濃度持續(xù)增高,其中CO2為415.7±0.2 ppm,CH4為1908±2 ppb,N2O為334.5±0.1 ppb。現(xiàn)有溫室氣體觀測方法包括遙感衛(wèi)星的柱濃度測量、大氣本底濃度測量、城市高塔大氣濃度測量、渦度相關(guān)通量觀測、近地面大氣廓線測量、土壤溫室氣體通量測量、地基傅里葉變換光譜法遙測等。對于更高時(shí)空分辨率的地表測量需求,如近地表溫室氣體泄漏監(jiān)測、特定區(qū)域溫室氣體排放強(qiáng)度評估、衛(wèi)星遙感溫室氣體數(shù)據(jù)驗(yàn)證等,都需要?jiǎng)?chuàng)新的觀測技術(shù)和方法。目前,遙感衛(wèi)星可用于大氣柱濃度溫室氣體的測量,結(jié)合使用高塔和無人機(jī)觀測,可以對區(qū)域尺度的溫室氣體排放進(jìn)行評估。其中,由于無人機(jī)溫室氣體觀測具有機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn),可以幫助研究者們獲取更高時(shí)空分辨率的數(shù)據(jù),成為衛(wèi)星遙感和定點(diǎn)高塔觀測數(shù)據(jù)的有益補(bǔ)充。衛(wèi)星、飛機(jī)和無人機(jī)的典型測量范圍 圖源/ Bing Lu等,2020前人的部分工作包括:在固定翼飛機(jī)上(SkyArrow ERA,意大利Magnaghi Aeronautica S.p.A.公司)搭載LI-7500 二氧化碳和水汽分析儀(Gioli B等,2006,2007;Carotenuto F等,2018),測量大氣邊界層的CO2通量以及估算點(diǎn)源CO2釋放強(qiáng)度;搭載LI-7700甲烷分析儀(Gasbarra D等,2019),研究垃圾填埋場的CH4排放。LI-7500應(yīng)用于Sky Arrow ERA 測量平臺 圖源/trevesgroup.com近些年來,隨著激光光譜技術(shù)的進(jìn)步,光反饋-腔增強(qiáng)激光吸收光譜技術(shù)(OF-CEAS)脫穎而出。這種新技術(shù)在極大提高測量精確度(詳見下文的說明)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了光腔縮小的目標(biāo)。如LI-COR推出了系列高精度溫室氣體分析儀,光腔體積只有6.41cm3,極大縮短了測量響應(yīng)時(shí)間——小于2秒;另外這種技術(shù)能耗低,僅為22w,兩節(jié)鋰電支持8個(gè)小時(shí)的測量。重量也僅有10.5kg,非常適合在無人機(jī)上使用。為滿足新興科研需求,北京力高泰科技有限公司與天津飛眼無人機(jī)科技有限公司合作,共同開發(fā)出了機(jī)載高精度N2O、CH4、CO2溫室氣體測量平臺。采用光反饋-腔增強(qiáng)激光吸收光譜技術(shù)(OF-CEAS),高精度測量N2O、CH4、CO2濃度,適合移動(dòng)式大氣濃度測量。2018年推出LI-7810高精度CH4、CO2、H2O分析儀LI-7815高精度CO2、H2O分析儀2020年推出LI-7820高精度NO2、H2O分析儀2023年推出LI-7825高精度CO2同位素、NH3分析儀測量平臺主要技術(shù)參數(shù)溫室氣體測量響應(yīng)時(shí)間(T10-T90):≤2s測量精度:CO2:  0.04ppm@400ppm(5s數(shù)據(jù)平均)CH4:  0.25ppb@2000ppb(5s數(shù)據(jù)平均)N2O:  0.20ppb@330ppb(5s數(shù)據(jù)平均)LI-7825精度δ13C 1秒信號平均為 < 0.5 ‰;5分鐘信號平均為0.04 ‰δ18O5分鐘信號平均為 < 0.1 ‰@400 ppmδ17O5分鐘信號平均為 < 0.4 ‰@400 ppm起飛重量:45kg工作時(shí)間:>45分鐘標(biāo)準(zhǔn)巡航速度:8m/smax巡航速度:15m/s抗風(fēng)能力:max5級風(fēng)使用環(huán)境:-20℃~45℃;可小雨中飛行測量高度:0-2000m應(yīng)用案例A Pilot Experiment使用機(jī)載高精度CH4、CO2溫室氣體測量平臺,研究某工業(yè)園區(qū)的溫室氣體排放。測量期間假設(shè):(1)工業(yè)園區(qū)處于不間斷的常規(guī)運(yùn)行狀態(tài);(2)飛行測量期間大氣條件穩(wěn)定;(3)大氣邊界層內(nèi)溫室氣體和氣象條件的垂直變化遠(yuǎn)大于水平變化;(4)測量高度的溫室氣體與空氣混合充分,且以平流為主。根據(jù)以上條件,飛行需要滿足的低度應(yīng)大于粗糙度子層(通過風(fēng)溫濕廓線確定,或估算為研究區(qū)內(nèi)建筑物平均高度的3倍),并位于近地層內(nèi)。無人機(jī)應(yīng)盡量保持勻速運(yùn)動(dòng)并平穩(wěn)飛行,俯仰角不大于5°,橫滾角不大于20°,盡量保持與地面的相對高度穩(wěn)定(仿地飛行)。需要在大氣邊界層湍流發(fā)展顯著的時(shí)間段開展測量,一般為上午10:00至下午4:00。同時(shí),為了盡可能減少垂直輸送方向上的誤差,風(fēng)速以2-3級為宜,避免在陰天、雨天等不利氣象條件下開展監(jiān)測。采用基于控制體積的質(zhì)量守恒法對園區(qū)開展走航式測量,此方法也稱為自上而下排放強(qiáng)度反演算法(Top-down Emission Rate Retrieval Algorithm, TERRA)。根據(jù)對園區(qū)不同高度監(jiān)測斷面的測量數(shù)據(jù),計(jì)算得到東西南北四個(gè)斷面的平流通量以及垂直向上的溫室氣體排放強(qiáng)度。飛行中的機(jī)載高精度CH4、CO2溫室氣體測量平臺樣地與方法Materials and Methods該樣地平均海拔1400m,年降雨量小于300mm,主導(dǎo)風(fēng)向偏西風(fēng)。在2022年12月進(jìn)行試飛。主要進(jìn)行兩方面測量:(1)背景樣地大氣CH4、CO2濃度垂直廓線;(2)沿工業(yè)園區(qū)外圍飛行,測量垂直大氣方向上CH4和CO2濃度。另外,飛行過程中會(huì)同步采集風(fēng)向、風(fēng)速、空氣溫濕度、大氣壓強(qiáng)、經(jīng)緯度坐標(biāo)、海拔信息等。測量航跡原始數(shù)據(jù)質(zhì)量控制QA/QC采用滑動(dòng)均值濾波方法對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值檢驗(yàn),對大于5倍測量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差的點(diǎn)位,標(biāo)記為異常值并剔除,用線性插值方法進(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ)。一個(gè)測量架次,如果異常數(shù)據(jù)超過30%,標(biāo)記為無效測量,需要重新補(bǔ)測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果Results背景樣地大氣廓線就CO2而言,飛行上升過程測量的CO2濃度要低于在下降過程中測量的濃度。在飛行上升過程中,近地面測得的CO2濃度高,約為715mg/m3;隨著測量高度的攀升,CO2濃度存在下降的趨勢,在1900m至2000m時(shí),CO2濃度降低至約680mg/m3。在下降過程中,2000-1900米區(qū)間內(nèi)存在一個(gè)小高峰,濃度約為800mg/m3,約1600m-1700m之間存在一個(gè)峰值,濃度約為900mg/m3。CO2 大氣廓線CH4 大氣廓線就CH4而言,飛行上升過程測量的CH4濃度要略低于在下降過程中測量的濃度。近地表的CH4濃度高,約為1.24mg/m3。隨著高度增加,CH4濃度下降,在2020米左右時(shí),CH4濃度降至1.16 mg/m3。工業(yè)園區(qū)在園區(qū)南部,測量得到3處高CO2濃度區(qū),一處距離地表75-100m處,濃度約為495ppm;第二處距地面175-200m處,濃度約為505ppm;第三處距地面100-125m,濃度約為520ppm。CH4數(shù)據(jù)類似,距離地面100-125m處,存在CH4高濃度區(qū)域,濃度約3794.35ppb。CO2數(shù)據(jù)的空間網(wǎng)格化CH4數(shù)據(jù)的空間網(wǎng)格化排放強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)標(biāo)量守恒方程和散度定理,認(rèn)為控制體積內(nèi)的質(zhì)量變化與通過控制體積表面的綜合質(zhì)量通量相等??梢酝ㄟ^在排放源周圍構(gòu)建控制體積,在忽略大氣沉降的情況下,對控制體積四個(gè)表面和上表面進(jìn)行通量計(jì)算,然后進(jìn)行積分,最終獲得排放控制體積內(nèi)部的排放強(qiáng)度。數(shù)據(jù)顯示,該工業(yè)園的CO2的排放強(qiáng)度約為12.539 kg/s ± 0.640 kg/s;CH4排放強(qiáng)度為 21.521 g/s ±3.424 g/s。實(shí)驗(yàn)結(jié)論Conclusions使用機(jī)載高精度N2O、CH4、CO2溫室氣體測量平臺,結(jié)合數(shù)學(xué)模型,能夠?qū)μ囟▍^(qū)域的溫室氣體排放強(qiáng)度進(jìn)行定量評估。參考文獻(xiàn)【1】世界氣象組織溫室氣體公報(bào) - 第18期【2】Bing Lu, Phuong D. Dao, Jiangui Liu, Yuhong He, Jiali Shang. 2020. Recent advances of hyperspectral imaging technology and applications in agriculture. Remote Sensing 12(16): 1-44.【3】Carotenuto F, Gualtieri G, Miglietta F, et al. Industrial point source CO 2 emission strength estimation with aircraft measurements and dispersion modelling[J]. Environmental monitoring and assessment, 2018, 190: 1-15.【4】Gasbarra D, Toscano P, Famulari D, et al. Locating and quantifying multiple landfills methane emissions using aircraft data[J]. Environmental Pollution, 2019, 254: 112987.【5】Gioli B, Miglietta F, Vaccari F P, et al. The Sky Arrow ERA, an innovative airborne platform to monitor mass, momentum and energy exchange of ecosystems[J]. 2006.
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2018-11-25 23:31:03激光雷達(dá)的機(jī)載海洋激光雷達(dá)
 
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2018-12-10 11:39:53可以獲取的機(jī)載 短波紅外 高光譜數(shù)據(jù)
機(jī)載數(shù)據(jù),空間分辨率為1m以內(nèi) 短波紅外譜段:900~2500nm 高光譜數(shù)據(jù):譜段數(shù)>60 哪里可以下載到這種數(shù)據(jù)?謝謝
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時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)裝置
高原大氣邊界層
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遠(yuǎn)程時(shí)間頻率傳遞
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