高光谱成像光谱仪简介及应用
高光谱成像光谱仪将成像技术和光谱技术结合在一起，在探测物体空间特征的同时并对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为 10nm 左右的连续光谱覆盖。它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像。在陆地、大气、海洋等领域的研究观测中有广泛的应用。
高光谱高光谱成像光谱仪–概述
高光谱高光谱成像光谱仪是 20 世纪 80 年代开始在多光谱遥感成像技术的基础上发展起来的，它以高光谱分辨率获取景物或目标的高光谱图像，在航空、航天器上进行陆地、大气、海洋等观测中有广泛的应用，高高光谱成像光谱仪可以应用在地物精确分类、地物识别、地物特征信息的提取。建立目标的高光谱遥感信息处理和定量化分析模型后，可提高高光谱数据处理的自动化和智能化水平.。由于高光谱成像光谱仪高光谱分辨率的巨大优势，在空间对地观测的同时获取众多连续波段的地物光谱图像，达到从空间直接识别地球表面物质的目的，成为遥感领域的一大热点，正在成为当代空间对地观测的主要技术手段。地面上采用高光谱成像光谱仪也取得了很大的成果，如科学研究、工农林业环境保护等方面。
高光谱成像光谱仪主要性能参数是：
（1）噪声等效反射率差（NE?p），体现为信噪比（SNR）；
（2）瞬时视场角（IFOV），体现为地面分辨率；
（3）光谱分辨率，直观地表现为波段多少和波段谱宽。
高光谱分辨率遥感信息分析处理，集中于光谱维上进行图象信息的展开和定量分析，其图象处理模式的关键技术有：
⑴超多维光谱图象信息的显示，如图像立方体的生成；
⑵光谱重建，即成像光谱数据的定标、定量化和大气纠正模型与算法，依此实现成像光谱信息的图象-光谱转换；
⑶光谱编码，尤其指光谱吸收位置、深度、对称性等光谱特征参数的算法；
⑷基于光谱数据库的地物光谱匹配识别算法；
⑸混合光谱分解模型；
⑹基于光谱模型的地表生物物理化学过程与参数的识别和反演算法。
高光谱分辨率成像光谱遥感起源于地质矿物识别填图研究，逐渐扩展为植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大气的研究中。高光谱成像光谱仪的基本原理
1、系统工作原理与结构：高高光谱成像光谱仪将成像技术和光谱技术结合在一起，在探测物体空间特征的同时并对每个空间像元色散形成几十个到上百个波段带宽为 10nm 左右(目前美国产 SOC730 高光谱成像光谱仪的带宽已达到2nm)的连续光谱覆盖。根据高光谱成像光谱仪的扫描方式，其工作原理也不尽相同，作为光学成像仪成像的一个例子，这里简述一下焦平面探测器推扫成像原理。 1．1、系统工作原理：焦平面探测器推扫成像原理，地面物体的反射光通过物镜成像在狭缝平面，狭缝作为光栏使穿轨方向地面物体条带的像通过，挡掉其他部分光。地面目标物的辐射能通过指向镜，由物镜收集并通过狭缝增强准直照射到色散元件上，经色散元件在垂直条带方向按光谱色散，用会聚镜会聚成像在传感器使用的二维 CCD 面阵列探测元件被分布在光谱仪的焦平面上。焦平面的水平方向平行于狭缝，称空间维，每一行水平光敏元上是地物条带一个光谱波段的像；焦平面的垂直方向是色散方向，称光谱维，每一列光敏元上是地物
条带一个空间采样视场(像元)光谱色散的像。这样，面阵探测器每帧图像数据就是一个穿轨方向地物条带的光谱数据，连续记录光谱图像，就得到地面二维图像。
1．2、高光谱成像光谱仪数据获取系统构成：高光谱成像光谱仪由光学系统、信号前端处理盒、数据采集记录系统三部分组成。数据的回放及预处理通过专用软件在高性能的微机上完成。软件具有如下功能：数据备份；快速回放；数据规整和格式转换；图像分割截取；标准格式的图像数据生成等。
高光谱成像光谱仪的应用
高光谱成像光谱仪的应用范围遍及化学、物理学、生物学、医学等多个领域。目前，高光谱成像光谱仪在土地利用、农作物生长、分类，病虫害检测，海洋水色测量，城市规划、石油勘探、地芯地貌及军事目标识别等方面都有着很广泛和深远的应用前景。
一 机器启动 光谱仪启动时注意事项： （1）光谱仪两次开机之间至少应相隔20min ，以防频繁启动烧毁内部元器件 （2）光谱仪背面有5个开关，开机时按照编号1~5依次按下，两开关按下之间应相隔20s 左右。关机时，按照编号5~1依次按下。 图 光谱仪开关 （3）打开氩气阀，使气压保持在0.2~0.4MPa 之间 （4）维持瓶内气压在2~3MPa 以上，若气压低于该值，则应更换新的氩气 二 登陆 1、开机 开机用户名：arlservice 密码：369852147 2、进入OXSAS 系统 账号：（1）!SERVICE! 密码：ENGINEER （2）！MANAGER ！ 密码：无 （3）！USER ！ 密码：无 通常使用“MANAGER ”权限即可 3、检查仪器状态 快捷键F7进入仪器状态检查界面： Electronic HUPS Mains Vacuum Water 权限：由高到低
VACUUM：真空度 SPTEMP：真空室温度 MAINS：电源电压 NEG-LKV：-1000V电源 POS.5V：+5V电源 POS.12V：+12V电源 NEG.12V：-12V电源 POS.24V：+24V电源 NEG.100V：-100V电压 三数据备份及数据恢复 数据备份及恢复分为软件内部操作、软件外部操作。 1、数据备份 （1）软件内部备份：操作页面中选择“脱机模式”，待页面变灰后点击“备份数据”按钮，输入相应的文件名（例如：20101019OXSAS_DB.BAK）以防止将先前数据覆盖，然后点击备份即可。 （2）软件外部备份：退出OXSAS操作系统，进入其相应的数据备份及恢复程序“OXSAS Full Backup Restore”，然后选择“备份数据库”按钮下的“备份”选项即可（系统自动选择路径并生成相应文件名）。 2、数据恢复 （1）软件内部恢复：操作页面中选择“脱机模式”，待页面变灰后点击“恢复数据库”按钮，选择之前备份的数据库，恢复即可。 （2）软件外部恢复：退出OXSAS操作系统，进入其相应的数据备份及恢复程序 “OXSAS Full Backup Restore”，然后点击“恢复数据库”按钮，选择相应数据库，点击“RESTORE”即可。
光谱仪操作规程 一、实验室条件： 1、实验室要求温度控制在16--30摄氏度之间；开启设备 之前应首先将实验室温度升起。 2、实验室相对湿度要求控制在30—70%。 3、实验室应保持清洁，无灰尘、震动。 4、试样要求厚度超过1mm，覆盖面积控制在15-50mm，测 试面必须光滑。用40-80目砂轮或铣床制作，制作后不能用手或水清理，可以用钢丝刷进行清理。 二、开关机、操作注意事项：（操作必须顺序进行） 1、先检查各部位是否正常： （1）、检查循环水位是否正常，控制在总高度的1/3处，最高不超过总高度4/5. （2）、检查真空泵油位是否正常。 （3）、检查氩气是否充足。 2、开机： （1）、打开稳压器电源开关 （2）、打开光谱仪主电源开关即MAINS 16A.(1#) （3）、打开真空泵电源开关即VACUUMPUMP(2) (4）、打开水泵电源开关即 WATERPUMP(3) (5)、打开电子板电源开关即ELECTRONICS(4) (6)、打开负高压电源开关即HVPS(5)
（7）、打开电脑，用户名输入ARL回车进入，选择程序进入即可，再点登陆用户名输入U（一般操作）或M（管理员，可以更改程序）回车进入；查看设备状态，看数据是否控制在范围内。(所有数据必须没有大于或小于号)一般开机后4至5小时后才能使用。 （8）、打开氩气，压力表控制在0.35MPA，如果氩气净化机需再生时将压力表调至0.5MPA。（现在的表指针+0.35）先用净化机的II塔（按净化机的指示旋转手柄到指定位置） 3、关机： （1）、正常关机按开机的反顺序操作，必须按步骤关机。（2）、遇到突然停电时应先关闭光谱仪主电源开关，防止突然来电损坏设备。（禁忌设备用电急停急送） 4、程序操作： （1）、每天第一次应先做标准样测试：先登录程序OX SAS，选择管理员用户名进入界面。点‘测量类型标准样’点‘任务’再点‘TS’，点‘方法’再点‘FELAST’，‘类型标准’点方法中以创建的方法，再创建名称即可。将标准样放于‘激发台’开始打样，连续打三点点击完成。（如45#、35#类型标准样）看测试的数据相对数据小于5%即可。 （2）、点‘定量分析’开始对工作中试样进行打样，打样后点击完成。 三、维护与保养：
高光谱遥感技术的介绍及应用在20世纪，人类的一大进步是实现了太空对地观测，即可以从空中和太空对人类赖以生存的地球通过非接触传感器的遥感进行观测。最近几十年，随着空间技术、计算机技术、传感器技术等与遥感密切相关学科技术的飞速发展，遥感正在进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主要标志的时代。本文简要介绍了高光谱遥感技术的特点、发展状况及其在一些领域的应用。 1 高光谱遥感简介 1.1高光谱遥感概念 所谓高光谱遥感，即高光谱分辨率遥感，指利用很多很窄的电磁波波段（通常<10nm）从感兴趣的物体获取有关数据；与之相对的则是传统的宽光谱遥感，通常>100nm，且波段并不连续。高光谱图像是由成像光谱仪获取的，成像光谱仪为每个像元提供数十至数百个窄波段光谱信息，产生一条完整而连续的光谱曲线。它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱中能被探测。 高光谱遥感技术是近些年来迅速发展起来的一种全新遥感技术，它是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。在成像过程中，它利用成像光谱仪以纳米级的光谱分辨率，以几十或几百个波段同时对地表地物像，能够获得地物的连续光谱信息，实现了地物空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取，因而在相关领域具有巨大的应用价值和广阔的发展前景。 1.2高光谱遥感数据的特点 同其他常用的遥感手段相比,成像光谱仪获得的数据具有以下特点: 1）、多波段、波段宽度窄、光谱分辨率高。波段宽度< 10 nm ，波段数较多光谱遥感(由几个离散的波段组成)大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个。如A VIRIS在0. 4～214 波段范围内提供了224 个波段。研究表明许多地物的吸收特征在吸收峰深度一半处的宽度为20～40 nm。这是传统的多光谱等
光谱仪操作方法 1、首先打开氩气瓶阀门，再把压力表调压阀调至压力大约为0.5pa； 2、打开仪器电源开关，此时会显示“3.5EO”，只要是后边位数显示“0”都可 以，证明真空已抽完，否则要抽真空一会； 3、待确认显示“0”后，按下绿色电源按钮，一个是“检测”、一个是“光源”。 （关机时与上述相反）； 4、打开电脑桌面“光谱仪分析程序”，点选“合金钢”后按确认； 5、选用一个没用的样品放入仪器火花口，点选电脑光谱分析程序里面的“测量” 菜单选项； 6、然后点光谱分析程序中的“显示选择”点选“强度”，如：出现60000（6万） 左右数值代表样品已激发；（注：按“测量”菜单看FeR，FeR（铁）一般接近80000（8万）强度值）； 7、待确认试样已激发后，关闭退出“光谱仪分析程序”软件； 8、然后，打开电脑桌面中的“光谱仪描迹”程序软件，点击“条件设置”、再 点击“读电机位置”，此时会显示“4460”位置，在对话框中设置起始位置数减去150的值输入到起始位置中; 9、按“复位到原点”选确认，把样品T10放入仪器火花口，按“开始”选项， 待激发完成后方可选通道6；（刚开始预定电机的起始点4500，终止点4800（直接输入）； 10、对照软件屏幕显示出的波形图，看最高点数值，比如：4600话，再从新 选择“条件设置”选项，然后再选“复位到原点选项（4600）”再点选“指定的起始位置”，再点选“读电机位置”选项；此时，看弹出的显示值是否一致，一致后点“OK”退出，关闭“描迹软件”； 11、从新打开“光谱仪分析程序”点“标准化”菜单，此时，系统默认“C25” 按“是”确认； 12、然后放入“C25”试样到仪器火花口，点选软件中的“测量”菜单，待测 量完成后，从新拿出试样换一个点位放好做第2次的“测量”（因一个试样至少测2个点位）注：进行第2次测量不需要设置，直接按“测量”完成；13、当完成第2次测量后，点“平均+偏差”菜单选项，此时，电脑屏幕会弹
各种光谱仪的区别及应用 ICP光谱仪， 火花直读光谱仪， 光电直读光谱仪， 原子发射光谱仪， 原子吸收光谱仪， 手持式光谱仪， 便携式光谱仪， 能量色散光谱仪， 真空直读光谱仪？ 随着ICP-AES的流行使很多实验室面临着再增购一台ICP-AE S，还是停留在原来使用AAS上的抉择。现在一个新技术ICP-MS 又出现了，虽然价格较高，但ICP-MS具有ICP-AES的优点及比石墨炉原子吸收（GF-AAS）更低的检出限的优势。因此，如何根据分析任务来判断其适用性呢？ ICP-MS是一个以质谱仪作为检测器的等离子体，ICP-AES和I CP-MS的进样部分及等离子体是极其相似的。ICP-AES测量的是光学光谱（120nm～800nm），ICP-MS测量的是离子质谱，提供在3～250amu范围内每一个原子质量单位（amu）的信息。还可测量同位素测定。尤其是其检出限给人极深刻的印象，其溶液的检出限大部份
为ppt级，石墨炉AAS的检出限为亚ppb级，ICP-AES大部份元素的检出限为1～10ppb，一些元素也可得到亚ppb级的检出限。但由于ICP-MS的耐盐量较差，ICP-MS的检出限实际上会变差多达50倍，一些轻元素（如S、Ca、Fe、K、Se）在ICP-MS中有严重的干扰，其实际检出限也很差。下面列出这几种方法的检出限的比较：这几种分析技术的分析性能可以从下面几个方面进行比较： ★★容易使用程度★★ 在日常工作中，从自动化来讲，ICP-AES是最成熟的，可由技术不熟练的人员来应用ICP-AES专家制定的方法进行工作。ICP-MS 的操作直到现在仍较为复杂，尽管近年来在计算机控制和智能化软件方面有很大的进步，但在常规分析前仍需由技术人员进行精密调整，ICP-MS的方法研究也是很复杂及耗时的工作。GF-AAS的常规工作虽然是比较容易的，但制定方法仍需要相当熟练的技术。 ★★分析试液中的总固体溶解量（TDS）★★ 在常规工作中，ICP-AES可分析10%TDS的溶液，甚至可以高至30%的盐溶液。在短时期内ICP-MS可分析0.5%的溶液，但在大多情况下采用不大于0.2%TDS的溶液为佳。当原始样品是固体时，与ICP-AES，GP-AAS相比，ICP-MS需要更高的稀释倍数，折算到原始固体样品中的检出限就显示不出很大的优势了。 ★★线性动态范围（LDR）★★ ICP-MS具有超过105的LDR，各种方法可使其LDR开展至1 08。但不管如何，对ICP-MS来说：高基体浓度会使分析出现问题，
高光谱成像检测技术 一、高光谱成像技术的简介 高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术，其最突出的应用是遥感探测领域，并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术，是传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。 高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上，在从紫外到近红外（200-2500nm）的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。 高光谱成像技术具有超多波段（上百个波段）、高的光谱分辨率（几个nm）、波段窄（≤10-2λ）、光谱范围广（200-2500nm）和图谱合一等特点。优势在于采集到的图像信息量丰富，识别度较高和数据描述模型多。由于物体的反射光谱具有“指纹”效应，不同物不同谱，同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。 二、高光谱成像系统的组成和成像原理 高光谱成像技术的硬件组成主要包括光源、光谱相机（成像光谱仪+CCD）、装备有图像采集卡的计算机。光谱范围覆盖了200-400nm、400-1000nm、900-1700 nm、1000-2500 nm。 CCD 光源光栅光谱仪成像镜头
光谱相机的主要组成部分有：准直镜、光栅光谱仪、聚焦透镜、面阵CCD。 高光谱成像仪的扫描过程：面阵CCD探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描（X方向），横向排列的平行光垂直入射到透射光栅上时，形成光栅光谱。这是一列像元经过高光谱成像仪在CCD上得到的数据。它的横向是X方向上的像素点，即扫描的一列像元；它的纵向是各像元所对应的光谱信息。 同时，在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（Y方向）。
AQ6370D光谱仪使用说明 1、目的 验证光接口性能是否满足相关标准要求 2、适用范围 AQ6370D光谱仪 3、职责 资产管理部和操作人员共同负责 4、组网图或测试环境配置 5、测试内容： 5.1 开机校准 1、打开电源，FC-FC接口的光纤将AQ6370D的光输入连接器与光输出连接器连接起来。 2、用内部参考光源执行对准调节 ①按SYSTEM OPTICAL ALIGNMENT ②按EXECUTE软键，自动执行对准调节。几分钟后，对准调节结束，仪器返回之前的画面。
3、用内置参考光源进行波长校准 ①按SYSTEM WL CALIBRATION 软键。 ②按BUILT-IN SOURCE 软键。 ③按EXECUTE 软键，执行波长校准。校准结束后，返回之前的画面。 5.2 测试条件设置 1、校准完成后，自动扫描，自动调整分辨率，得到波长和功率的大致范围。 ①按SWEEP AUTO 软键执行自动测量。 1 2 3
自动扫描结束后的显示 ②设置扫描范围，按SPAN键。 ③设置参考功率和刻度，按LEVEL键，参考功率设为-3dBm，其他为默认值。
④按SETUP键，设置分辨率为最高精度0.02nm。 ⑤设置灵敏度，模式为MID，其他条件均为默认值。
⑥设置完成开始测试，执行REPEA T重复扫描或者SINGLE单次扫5~10次后，按STOP键，分析并记录数据。 5.3 分析 光猫上电后，用脚本长发光后直接接到测试拓扑中。 1、DFB-LD、FP-LD光源分析 ①按ANAL YSIS，显示与测量波形分析相关的软键菜单 ②按ANAL YSIS 1软键，显示分析功能的选择菜单。 以GPON样机为例，光源类型选择DFB-LD，执行分析，结果显示在数据区域内。 分析： SMSR边模抑制比 PEAK WL峰值波长 20dB WIDTH带宽 CTR WL中心波长 注：功率以实际功率计测试为准
光谱仪的操作规程(通用版) The safety operation procedure is a very detailed operation description of the work content in the form of work flow, and each action is described in words. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0916
光谱仪的操作规程(通用版) 1准备 1.1检查实验间的工作环境是否满足要求，温度：22士 2.8℃，湿度≤60％； 1.2气的纯度是否小于99.996％，检查氩气的流量是否小于 30psi； 1.3样品的制备：保证样品表面清洁无油污，无氧化皮，表面均匀没有沙眼。 2操作 2.1在电压稳定的情况下，打开系统电源，打开真空泵开关，要求真空泵空转五分钟后，打开真空阀，稳定一段时间要求真空度达到1μ之内； 2.2在真空度达到要求的情况下，打开高压和低压电源，检查氩
气流量达到要求后，打开激发电源； 2.3打开微机，进入BAIRD操作系统； 2.4汞灯的校准：打开汞灯开关，调节旋转数字指示器的旋钮，按照计算机屏幕指令操作，并在仪器运转记录本上记录俩个半峰值的读数，将指示器最终调至计算机求出的答案为止，锁紧旋钮； 2.5清洗循环系统：取一空样在试样台上，激发数次，待各数值达到稳定。注意在装夹试样的时候，要将弹簧负载紧固轴轻轻的压到样品表面，不要突然松手，以免压碎台板，并注意氮化硼原盘固定在原来的位置； 2.6标准化：放好样品后，进行全体元素的标准化。依照电脑中的提示，依次对各块标钢进行激发，得到一组数据，通过和标钢原有数据的对比，计算机自动得到一个修正系数。修正系数不小于 3.0时，可以进行试样分析，否则，要对不满足要求的元素进行元素的标准化，使该元素的修正系数达到规定要求； 2.7在进行了标准化后，进行试样的分析。一个样品测量多次，计算机自动给出平均值。通过打印机得到试验数据。试验数据记录
高光谱成像检测技术 、高光谱成像技术的简介 高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术, 其最突出的应用是遥感探测领域, 并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。 它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。 技术,是高光谱成像 技术的定义是在多光谱成像的基础上,在从紫外到近红外（200-2500nm 的光谱范围内,利用成像光谱仪,在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成 像。在获得物体空间特征成像的同时, 也获得了被测物体的光谱信息。 高光谱成像技术具有超多波段（上百个波段、高的光谱分辨率（几个nm 、波 段窄（＜1-2入光谱范围广（200-2500nm和图谱合一等特点。优势在于采集到的图像信息量丰富, 识别度较高和数据描述模型多。由于物体的反射光谱具有“指纹” 效应, 不同物不同谱, 同物一定同谱的原理来分辨不同的物质信息。、高光谱成像系统的组成和成像原理 高光谱成像技术的硬件组成主要包括光源、光谱相机（成像光谱仪+CCD 、装备有图像采集 卡的计算机。光谱范围覆盖了200-400nm 、400-1000nm 、900-1700 nm 、1000-2500 nm。
CC D 朮源「一光栅壯谱以 —a I \、 「维电移台 . 样品 A CCD。 光谱相机的主要组成部分有：准直镜、光栅光谱仪、聚焦透镜、面阵
高光谱成像仪的扫描过程：面阵CCD探测器在光学焦面的垂直方向上做横向排列完成横向扫描（X方向，横向排列的平行光垂直入射到透射光栅上时，形成光栅光谱。这是一列像元经过高光谱成像仪在CCD上得到的数据。它的横向是X方 向上的像素点，即扫描的一列像元；它的纵向是各像元所对应的光谱信息。 同时,在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（丫方向。 1\ 综合横纵扫描信息就可以得到样品的三维高光谱图像数据。
光谱操作注意事项 一些问题 Raw intensity(绝对光强) →Intensity Ratio(光强度比) →Standardized intensity ratio(标准化强度比) →Interference Corre.intensity ratio(内部干扰校后的标准强度比) →Concentration Ratio(含量比) →Matrix Corrected Concen. (通道含量) →Concentration(光谱实测含量) →Typical Corrected Concentration(类型标准化后含量) ① I.R.=（R.I/FeR.I）×Typical intensity Fe factor=(H N-L N)/(H A-L A) H N是高点希望值，L N是低点希望值， H A是高点实测值，L A是低点实测值 ②标准化（F7）S.I.R=factor×I.R.+offset ③内部干扰校正 ④曲线 ⑤含量（通道）=参比含量×通道含量比 ⑥通道含量范围（在Element parameter中的“Line switch”中） ⑦类型标准化（F8）T.C.C.=factor×Concen.+offset factor=化学值/实测值，offset=化学值-实测值 SATEUS=SAFT TEST of Usefulness（用于prespark） SETEME=Security Test of Measurement(用于积分阶段) SEREPS=Self Regulated Prespark time(用于prespark)
一、注意事项 1.当样品有砂眼或裂纹，没有分析位置时，不允许激发； 2.当Ar气不好或点不好时，不允许出分析结果； 3.清理火花台时，要关光源，压样品夹子要垂直； 4.如果遇到激发时声音很大，应该按“F3”停止，不允许直接抬 样品夹，否则烧EK9008板，不允许样品在激发中跑掉。 5.如果遇到突然断电时，应先关总电源，再将其它电源关闭，等 到来电后，先开总电源，再开stand by，再开source（光源）后，开计算机。 6.必须注意绝对不能做错标准化样品，否则，后果十分严重； 7.样品表面不能粘污，不能有水、油等。 8.由于Ar气中水含量较高，在做标准化样品或控样时，一定要 激发三点以上再平均。 9.如果仪器有两小时没有分析样品，在开始分析之前，应用 CTRL+F进行Ar预冲洗，此时不能激发。 二、常见错误信息 1.“No dongle available！”硬件加密码无效，一般是由于EPSON打印机正在打印，激发工作，由于加密狗与打印信号线连在一起而无法接通。 2.“clamp up”夹子抬起，一般是由于样品上表面不导电（比如：有漆有锈）清理干净即可。 ３.“Door open”前面板门打开，一般由于火花台罩没有接触良好。
ARL 3460型直读光谱仪操作说明书一．使用前注意事项 1.室内温度控制在22-27摄氏度，门窗一般不开，环境保持稳定且恒 温，保持室内处于无尘环境； 2.室内湿度控制在20%-80%以内，湿度太大时会影响试验结果； 3.总电源开关有断电保护功能，应对自动跳闸，有保护仪器的功能； 4.开机之前，先检查光谱仪各个开关是处于“开”或“关”什么状 态。如果是开，先依次关机，然后打开总电源开关，再开机； 5.打开稳压器黑色开关后，首先检查输出电压是否为220±5V，其次 检查指针是否稳定； 6.开机必须严格按规定顺序开机，每个开关等待间隔15s左右启动下 一个开关，关机按照开机的反顺序依次关机； 7.电脑的开关机只受稳压器电源开关控制，与仪器5个开关无关； 8.仪器完全冷却，需要一个稳定的过程，所以须在使用前8h开机， 经常使用仪器，则仪器和空调24h开机； 9.更换氩气瓶时，先用无水乙醇将氩气瓶出口擦拭干净，再打开点氩 气将酒精挥发掉后，更换氩气； 10.氩气瓶压强不得低于2Mpa，接近2Mpa时则须更换氩气，不使用 仪器时，将气压表调到0.1Mpa或净化机打到暂停，节约氩气； 11.更换氩气时，不能让空气进到净化机内； 12.打开氩气总开关，将氩气气压调到0.25Mpa-0.3Mpa； 13.制备后的样品，不能沾到水或油，以免影响测试结果，且严重时 会引起火灾； 14.开机后，点击F7查看仪器状态，有没有报警信息；
15.样品需现用现制，以防影响测试结果； 16.当仪器正面黄色罗盘不小心被转动，必须做完标准化，再进行定 量分析； 17.当标准试样用到一半时，应及时向我公司反映并请求订购。二．样品的制备 1.样品制备要求 样品最小体积必须盖住激发台圆口，不能漏出氩气；最大体积必须能在激发台内放的开。样品形状没有要求，不过一般为圆柱形居 多。 试样尺寸要求： 直径D：?20mm≤D≤?60mm；高度H：30mm≤H≤70mm。 2.样品制备过程 取圆柱形铝棒样块，在锯床上锯成正方体，然后用无水乙醇清洗锯割好的样品、车床上的三爪卡盘、刀片等，去除油和杂质， 防止干扰试验结果。在车床上将方形样品车成圆柱状，最后车端面，手不能触碰车好的样品端面，将车好的样品保存到干燥器皿中，以 备试验时使用。 三．光谱仪的组成，用途及分析原理 1.光谱仪组成 氩气净化机一台，稳压器一台，光谱仪一台，电脑一台，主机一 台，打印机一台。
光栅光谱仪的使用实验报告 一、实验目的与实验仪器 1.实验目的 （1）了解平面反射式闪耀光栅的分光原理及主要特性； （2）了解光栅光谱仪的结构，学习使用光栅光谱仪； （3）测量钨灯和汞灯在可见光范围的光谱； （4）测定光栅光谱仪的色分辨能力； （5）测定干涉滤光片的光谱透射率曲线。 2.实验仪器 WDS-3平面光栅光谱仪（200~800nm），汞灯，钨灯&氘灯组件，干涉滤光片。 二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 1.平面反射式闪耀光栅原理 （1）θ方向的光强：I θ=(sinα α )2(sinNβ sinβ )2 （2）光栅方程：d（sinθ+sin i）= kλ （3）闪耀光栅：光强最大的方向就是槽面反射定律所规定的方向，0级谱线出现在光栅平面反射的方向，闪耀光栅能够把能量集中在需要的光谱级里。 （4）闪耀波长的计算：λ=2dsinγ k 2.平面光栅光谱仪的结构与组成 （1）光学系统结构：
光栅：1200/mm；闪 耀波长250nm；M1 和M2凹面镜焦距 为300mm；狭缝0- 2mm连续可调。 电子系统：电源系统、光接收系统、步进电动机系统组成。 光学接收系统：光电倍增管及其放大电路组成。 光电倍增管：光信号转变成电信号。是测光仪器和光电自动化设备中的主要探测元件。 目前测量光信号最灵敏的器件之一。 结构： 3.色分辨率 光栅光谱仪的色分辨率是分开两条邻近谱线能力的量度。 以汞灯的两条黄谱线（波长为 577.0nm和579.1nm）为例测出谱 线λ1和λ2峰间的间隔a以及峰 的半宽度b，则色分辨能力为： Δλ =b α δλ δλ=λ 2-λ 1 =2.10nm 4.滤光片光谱特性
前言 随着科学技术的发展，人们的感官得到了延伸，认识事物的能力也不断的提高，其中光谱成像和雷达成像成为其中的佼佼者，高谱和图像使人们能够在大千世界更好的认识到事物。高光谱成像技术作为一项优点显著，实用的成像技术，从20世纪80年代开始得到了世界各国的重视，经过深入的研究和发展如今已经被广泛地应用于各个领域。 高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域,它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命,它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质,在高光谱遥感中能被探测。 高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，其中最突出的应用是在遥感探测领域，并在民用领域有着更大的应用前景。 本文通过分析介绍高光谱图像的成像原理，探讨了高光谱图像在国内外发展现状及其应用。
1.高光谱图像成像原理及特点 1.1高光谱遥感基本概念 高光谱遥感是通过高光谱传感器探测物体反射的电磁波而获得地物目标的空间和频谱数据，成立于20世纪初期的测谱学就是它的基础。高光谱遥感的出现使得许多使用宽波段无法探查到的物体，更加容易被探测到，所以高光谱遥感的出现时成功的是革命性的。 1.2高光谱图像成像原理 光源相机（成像光谱仪+ccd）装备有图像采集卡的计算机是高光谱成像技术的硬件组成，其光谱的覆盖范围为200-400nm，400-1000nm，900-1700nm，1000-2500nm。其中光谱相机的主要组成部分为准直镜，光栅光谱仪，聚焦透镜以及面阵ccd。 其扫描过程是当ccd探测器在光学焦面的垂直方向上做横向扫描（x），当横向的平行光垂直入射到投身光栅是就形成了光栅光谱，这是象元经过高光谱仪在ccd上得出的数据，它的横向式x方向上的像素点也就是扫描的象元，它的总想是各象元对应的信息。在检测系统输送前进是排列的他测器完成纵向扫面（y）。综合扫描信息即可得到物体的三围高光谱数据。 1.3高光谱遥感的特点 （1）波段多且宽度窄能够使得高光谱遥感探测到别的宽波段无法探测到的物体。 （2）光谱响应范围更广和光谱分辨率高使得它能够更加精细的发硬出被探测物的微小特征。 （3）它可以提供空间域和光谱域信息也就是“谱像合一”。 （4）数据量大和信息冗余多，由于高光谱数据的波段多，其数据量大，而且和相邻波段的相关性比较高就使得信息冗余度增加很多。 （5）高光谱遥感的数据描述模型多能够分析的更灵活。经常使用的3种模型有：图像，光谱和特征模型。 1.4高光谱的优势 随着高光谱成像的光谱分辨率的提高，其探测能力也有所增强。因此，与全色和多光谱成像相比较，高光谱成像有以下显著优著: (1)有着近似连续的地物光谱信息。高光谱影像在经过光谱反射率重建后，能获取与被探测物近似的连续的光谱反射率曲线，与它的实测值相匹配，将实验室中被探测物光谱分析模型应用到成像过程中。 (2)对于地表覆盖的探测和识别能力极大提高。高光谱数据能够探测具有诊断性光谱
光谱图像与高光谱图像的区别介绍 光谱分辨率在10l数量级范围内的光谱图像称为高光谱图像（Hyperspectral Image）。遥感技术经过20世纪后半叶的发展，无论在理论上、技术上和应用上均发生了重大的变化。其中，高光谱图像技术的出现和快速发展无疑是这种变化中十分突出的一个方面。通过搭载在不同空间平台上的高光谱传感器，即成像光谱仪，在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和中红外区域，以数十至数百个连续且细分的光谱波段对目标区域同时成像。在获得地表图像信息的同时，也获得其光谱信息，第一次真正做到了光谱与图像的结合。与多光谱遥感影像相比，高光谱影像不仅在信息丰富程度方面有了极大的提高，在处理技术上，对该类光谱数据进行更为合理、有效的分析处理提供了可能。因而，高光谱图像技术所具有的影响及发展潜力，是以往技术的各个发展阶段所不可比拟的，不仅引起了遥感界的关注，同时也引起了其它领域（如医学、农学等）的极大兴趣。 高光谱图像：是指一系列包含一些列可见/近红外光谱，一般有400-1000 nm，已经包含了可见光（400-780 nm）和近红外（780-1000nm）。 多光谱图像简介多光谱图像是指包含很多带的图像，有时只有3个带（彩色图像就是一个例子）但有时要多得多，甚至上百个。每个带是一幅灰度图像，它表示根据用来产生该带的传感器的敏感度得到的场景亮度。在这样一幅图像中，每个像素都与一个由像素在不同带的数值串，即一个矢量相关。这个数串就被称为像素的光谱标记。 1．用不相关或独立的其他带替换当前带；这个问题特别与遥感应用有关，但在一般的图像处理中，如果要从多光谱图像生成一幅单带灰度图像也与此有关。 2．使用一个像素的光谱标记来识别该像素所表示的目标种类。这是一个模式识别问题，它取决于下列图像处理问题的解：消除一个像素的光谱标记对图像采集所用光谱的依赖性。这是一个光谱恒常性问题。 3．处理多光谱图像的特定子集，它包括在电磁谱里仅光学部分的3个带，它需要以或者替换或者模仿人类感知颜色的形式来进行处理。 4．在特定应用中使用多光谱图像，并对它们进行常规的操作。这里的一个问题是，现在
浙江师范大学 研究生课程论文封面 课程名称：遥感理论与技术 开课时间： 2014-2015年第一学期 学院地理与环境科学学院学科专业自然地理学 学号2014210580 姓名张勇 学位类别全日制硕士 任课教师陈梅花 交稿日期2015年1月21日 成绩 评阅日期 评阅教师 签名 浙江师范大学研究生学院制
高光谱遥感应用研究综述 张勇 （浙江师范大学地理环境与科学学院，浙江金华321004） 摘要：高光谱遥感是近二十年发展起来的谱像和一的遥感前沿技术。虽然发展时间不长，但由于其本身的特点，使其获得了广泛的重视和应用。本文阐述了高光谱遥感的特点、优势，以及在航空及航天领域的发展情况，列举了几种典型高光谱成像仪的光学系统原理和主要技术指标。在此基础上，概述了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产、海洋、军事等领域的应用情况。最后对高光谱遥感发展趋势提出了几点建议，包括低反射率目标遥感、高信噪比、高空间分辨率及宽覆盖范围等方面。 关键字：高光谱遥感；应用；成像光谱以；研究综述 Conclusion application of hyperspectral remote sensing Zhang Yong (Geography and environmental sciences, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004) Abstract:Hyperspectral remote sensing, developed in the late twenty years, is the advanced technology of remote sensing. Because of its characters, Hyperspectral Remote Sensing has been attached importance to and used widly. The characteristics and advantages of hyperspectral remote sensing, and development situation are presented in the fields of aviation and aerospace. Several typical hyperspectral imager optical system principle and the main technical indicators are particularized. At the same time, the applications with hyperspectral remote sensing in vegetation ecology, atmospheric science ,geology and mineral resources, marine and military fields are summarized. The suggestions for the future development trend of hyperspectral remote sensing are given in the end，including the remote sensing of low reflectivity target, high signal-to-noise ratio, high spatial resolution and wide coverages. Keywords: hyperspectral remote sensing；application；imaging spectrometer 1 引言 遥感是20世纪60年代发展起来的对地观测综合性技术，是指应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术[1]。经过几十年的发展，无论在遥感平台、遥感传感器、还是遥感信息处理、遥感应用等方面，都获得了飞速的发展，目前遥感正进入一个以高光谱遥感技术、微波遥感技术为主的时代。本文系统地阐述了高光谱遥感技术在分析技术及应用方面的发展概况，并简要介绍了高光谱遥感技术主要航空/卫星数据的参数及特点。 1.1高光谱遥感简介 高光谱遥感技术又称为成像光谱技术，是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体
高光谱成像技术 高光谱成像技术起源于地质矿物识别填图研究，逐渐扩展为植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大气的研究中。对空间探测、军事安全、国土资源、科学研究等领域都具有非常重要的意义。 所谓高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道，例如：我们可以把400nm-1000nm分为300个通道。因此，通过高光谱设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且在光谱维度上进行展开，结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段的影像信息。 目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。 原理： 光栅分光原理： 在经典物理学中，光波穿过狭缝、小孔或者圆盘之类的障碍物时，不同波长的光会发生不同程度的弯散传播，再通过光栅进行衍射分光，形成一条条谱带。也就是说：空间中的一维信息通过镜头和狭缝后，不同波长的光按照不同程度的弯散传播，这一维图像上的每个点，再通过光栅进行衍射分光，形成一个谱带，照射到探测器上，探测器上的每个像素位置和强度表征光谱和强度。一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。 经过狭缝的光由于不同波长照射到不同的探测器像元上，光能量很低，因此需要选择高灵敏相机，同时需要加光源。例如系统如下：
声光可调谐滤波分光(AOTF)原理： AOTF由声光介质、换能器和声终端三部分组成。射频驱动信号通过换能器在声光介质内激励出超声波。改变射频驱动信号的频率，可以改变AOTF衍射光的波长，从而实现电调谐波长的扫描。 最常用的AOTF晶体材料为TeO2即非共线晶体，也就是说光波通过晶体之后以不同的出射角传播。如上图所示：在晶体前端有一个换能器，作用于不同的驱动频率，产生不同频率的振动即声波。不同的驱动频率对应于不同振动的声波，声波通过晶体TeO2之后，使晶体中晶格产生了布拉格衍射，晶格更像一种滤波器，使晶体只能通过一种波长的光。光进入晶体之后发生衍射，产生衍射光和零级光。 l AOTF系统组成： AOTF系统组成：成像物镜+准直镜+偏振片+晶体+偏振片+物镜+detector，入射光经过物镜会聚之后进入准平行镜(把所有的入射光变成平行光)，准平行光进入偏振片通过同一方向的传播的光，平行光进入晶体之后，平行于光轴的光按照原来方向前行，非平行光进行衍射，分成两束相互垂直o光和e光(入射光的波长不同经过晶体之后的o光与e光的角度也不同，因此在改变波长的过程中，图像会出现漂移);o 光和e光及0级光分别会聚在不同的面上。
为保证直读光谱仪系统发挥正常功能，特制定本规范，规定了直读光谱仪的作业环境、作业过程、维护保养等具体细节。 3. 直读光谱仪作业环境要求 1.1 直读光谱仪作业环境清洁、无尘，尽可能避免震动。 1.2 作业环境温度：+18℃―+28℃；短期温度变化率不要超过±5℃/小时。 1.3 作业环境最佳湿度：20～80％相对湿度。 1.4 工作电压稳定：230±10%，频率：50/60HZ 1.5 在氩气瓶与铜管之间还需一块压力表，用于减压。输入压力范围应在0～ 2.5MPA 。 1.6 氩气纯度必须≥99.995%；O 2≤5ppm N ≤20ppm H2O ≤5ppm CO 2+CH 4≤5ppm 。 4. 实验过程工作 2.1 开、关机顺序 2.4.1 接通总电源，确保整个系统通电 2.4.2 开启电源稳压器，保证直读光谱仪作业时处于恒定电压230±10%下 2.4.3 开启氩气净化器，确保净化器上的两个阀门为开，温度值设定500℃。 2.4.4 打开氩气瓶阀门，并调节氩气输出压力至0.7Mpa 。 2.4.5 打开电脑显示器、打印机、主机。 2.4.6 最后开启光谱仪（欧式插板）和光源开关。 2.4.7 稳定一段时间，使得仪器能量达到最佳状态。 2.4.8 关机则相反 电压恒定230±10% 温度值设定500℃ 输出压力调节
2.2 仪器工作前状态检测 2.2.1 仪器工作前应该检测状态是否正常。 2.2.2 双击“Spark Analyzer Vision Mx ”图标，打开分析软件。 2.2.3 通过软件系统|自检|设备参数 2.2.4 也可通过选择SSE/MID 图来维护。 2.2.5 将SUS 样品重新磨好，放在火花台上，按F2激发，看激发点是否正常，如果不正常， 充气三分钟，直到SUS 样品激发点正常。如果激发点始终不正常，是氩气不纯，应该更换氩气。 2.3 仪器ICAL 标准化操作 2.3.1 仪器经过一到三个月的时间,或者更长时间没有工作；或者仪器提示要做ICAL 标准化 的时候（如果是仪器提示要做，要观察激发点是否正常，不正常的话是其它原因造成 的，查找相应原因）做ICAL 标准化。 2.3.2 将RH18\34放在火花台上 2.3.3 选择 “Spark Analyzer Vision Mx ”软件F7（或系统|ICal|ICalize…）→选择标样（RH18\34)。 2.3.4 按F2激发，仪器自动激发第一点。 2.3.5 将RH18\34移动一个位置，放好RH18，仪器自动激发第二点。 2.3.6 以此类推，直到HR18\34仪器激发出第五个点。 光源开关 绿色为正常 SSE/MID 图 红色为异常 异常原因提示
第１１卷 第３期２ ０１３年６月光学与光电技术 ＯＰＴＩＣＳ ＆ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．１１，Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ，２０１３收稿日期 ２０１２－０９－２９； 收到修改稿日期 ２０１２－１２－ １３作者简介 张达（１９８１－） ，男，博士，副研究员，硕士生导师，主要从事空间光学遥感仪器的研制、空间光学成像，以及光谱探测技术方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｄａ＠ｃｉｏｍｐ ．ａｃ．ｃｎ基金项目 国防预研基金（ＳＡ０５０），国家８６３高技术研究发展计划（２０１０ＡＡ１２２１０９１００１） ，吉林省科技发展计划（２０１１０１０７９ ）资助项目文章编号：１６７２－３３９２（２０１３）０３－００６７－ ０７高光谱遥感的发展与应用 张 达 郑玉权 （中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３） 摘要 阐述了高光谱遥感的特点、优势，以及在航空及航天领域的发展情况，列举了几种典型高光谱成像仪的光学系统原理和主要技术指标。在此基础上， 概述了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产、海洋、军事等领域的应用情况。最后对高光谱遥感发展趋势提出了几点建议，包括低反射率目标遥感、高信噪比、高空间分辨率及宽覆盖范围等方面。关键词 高光谱遥感；发展；应用；成像光谱仪中图分类号 ＴＰ７０ 文献标识码 Ａ １ 引 言 遥感技术是２０世纪６０年代发展起来的对地 观测综合性技术［１］ ，随着２０世纪８０年代成像光谱 技术的出现， 光学遥感进入了高光谱遥感阶段。从２０世纪９０年代开始， 高光谱遥感已成为国际遥感技术研究的热门课题和光电遥感的最主要手段。 高光谱遥感技术作为对地观测技术的重大突破［ ２］ ，其发展潜力巨大。 高光谱遥感实现了遥感数据图像维与光谱维信息的有机融合，在光谱分辨率上有巨大优势，是遥感发展的里程碑。随着高光谱遥感技术的日趋成熟，其应用领域也日益广泛，已渗透到国民经济的各个领域，如环境监测、资源调查、工程建设等，对于推动经济建设、社会进步、环境的改善和国防建设起到了重大的作用。本文主要阐述高光谱遥感的特点、优势以及在航空及航天领域的发展情况，概括了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产， 海洋军事等领域的应用情况。２ 高光谱遥感特点与优势 高光谱遥感是高光谱分辨率遥感（Ｈｙｐｅｒｓｐ ｅｃ－ｔｒａｌ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ） 的简称［３］ ，它是在电磁波谱的紫外、可见光、近红外、中红外和热红外波段范围 内，获取许多非常窄且光谱连续的影像数据的技 术，是在传统的二维遥感的基础上增加了光谱维，形成的一种独特的三维遥感。对大量的地球表面物质的光谱测量表明， 不同的物体会表现出不同的光谱反射和辐射特征，这种特征引起吸收峰和反射峰的波长宽度在５～５０ｎｍ左右，其物理内涵是不同的分子、 原子和离子的晶格振动，引起不同波长的光谱发射和吸收，从而产生了不同的光谱特征。运用具有高光谱分辨率的仪器，通过获取图像上任何一个像元或像元组合所反映的地球表面物质的光谱特性， 经过后续数据处理，就能达到快速区分和识别地球表面物质的目的［ ４］ 。高光谱遥感的成像光谱仪具有光谱分辨率高（５～１０ｎｍ），光谱范围宽（０．４μｍ～２．５μｍ） 的显著特点，可以分离成几十甚至数百个很窄的波段来接收信息， 所有波段排列在一起能形成一条连续的完整的光谱曲线，光谱的覆盖范围从可见光、近红外到短波红外的全部电磁辐射波谱范围。高光谱数据是一个光谱图像的立方体，其空间图像维描述地表二维空间特征，其光谱维揭示图像每一像元的光谱曲线特征，由此实现了遥感数据图像维与光谱 维信息的有机融合［ ５］ 。高光谱遥感在光谱分辨率方面的巨大优势，使得空间对地观测时可获取众多连续波段的地物光谱图像， 从而达到直接识别地球表面物质的目的。地物光谱维信息量的增加为遥感对地观测、地物识别及地理环境变化监测提供了