高光譜技術(shù)典型應(yīng)用案例

高光譜成像技術(shù)在水果分選的應(yīng)用案例

隨著我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快,使得農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)和分技術(shù)顯得更加重要，迫切性日益增加，水果的內(nèi)部品質(zhì)表示水果內(nèi)部的生理、化學(xué)和物理性質(zhì)，高光譜成像系統(tǒng)目已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于水果分選，反映水果品質(zhì)光譜信息主要集中在650-950nm之間，水果的糖分含量是決定光譜品質(zhì)的重要因素，糖分光譜特征主要在700nm-820nm的吸收以及750nm附近800-900nm的峰值等。

高光譜成像系統(tǒng)水果分選利用工業(yè)域的傳送帶作為高光譜相機(jī)的推掃成像機(jī)構(gòu)，高光譜相機(jī)利用龍門(mén)架結(jié)構(gòu)架設(shè)在傳送帶上方，配合用線(xiàn)型光源進(jìn)行照明。系統(tǒng)主要包括高光譜相機(jī)及其支架、線(xiàn)型光源、控制模塊、相關(guān)定位傳感器、計(jì)算機(jī)（運(yùn)行控制與數(shù)據(jù)采集軟件）等組成。
高光譜成像技術(shù)在血液氧含量檢測(cè)的應(yīng)用案例

2015年發(fā)表的論文“Hyperspectral optical tomography of intrinsic signals in the rat cortex”一文中，研究人員研究了大鼠大腦皮層的高光譜成像，研究者發(fā)現(xiàn)有氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白分別在529nm和630nm處有敏感變化。鑒于高光譜技術(shù)數(shù)據(jù)算法的靈活多邊性，作者開(kāi)發(fā)了一種新的高光譜算法DOT，用于方便快捷的判斷血液中結(jié)合氧含量。
高光譜成像技術(shù)在光合作用研究的應(yīng)用案例

2017年發(fā)表的“Kleplast photosynthesis is nutritionally relevant in the sea slug Elysia viridis”一文中，研究了海蛞蝓的“光合作用”，海蛞蝓以大型藻類(lèi)為食，并將葉綠體滲入其腎小管細(xì)胞中，研究者利用高光譜成像對(duì)海蛞蝓體內(nèi)的葉綠體的豐度、分布和光合作用機(jī)制進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)黑暗饑餓24天的海蛞蝓體內(nèi)的葉綠體明顯變少，可見(jiàn)，在其惡劣的環(huán)境中，海蛞蝓體內(nèi)的葉綠體可進(jìn)行分解，以滿(mǎn)足其能量需求。

高光譜成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用案例

2012年發(fā)表的論文“Hyperspectral imaging and spectral-spatial classification for cancer detection”，文中提出高光譜成像是一種用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的新興技術(shù)。本研究提出了一種*的圖像處理和分類(lèi)方法，用于分析列腺癌檢測(cè)的高光譜圖像數(shù)據(jù)。開(kāi)發(fā)了小二乘支持向量機(jī)（LS-SVM）并對(duì)其進(jìn)行了評(píng)估以對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，以增強(qiáng)對(duì)癌組織的檢測(cè)。該方法用于檢測(cè)荷瘤小鼠的列腺癌。創(chuàng)建空間分辨圖像以突出癌癥的反射特性與正常組織的反射特性的差異。小鼠的初步結(jié)果表明，高光譜成像和分類(lèi)方法能夠可靠地檢測(cè)動(dòng)物模型中的列腺腫瘤。高光譜成像技術(shù)可以為癌癥的光學(xué)診斷提供新工具。

Houzhu Dingd等（2015）、Michael S. Chin等（2015）本別以豬和裸鼠作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，對(duì)燒傷分和恢復(fù)進(jìn)行了高光譜成像研究。左圖為根據(jù)高光譜成像分析得出的燒傷區(qū)域氧飽和分布與血紅蛋白分布，T00、T01、T04、T24分別為燒傷0時(shí)、1小時(shí)、4小時(shí)、24小時(shí)后；右圖上圖為裸鼠燒傷皮膚彩色成像，中圖為高光譜成像分析的氧合血紅蛋白成像，下圖為組織切片，高光譜成像可以將燒傷深度進(jìn)行非損傷、非接觸、高通量分。
高光譜成像技術(shù)在生物分類(lèi)的應(yīng)用案例

2013年發(fā)表的“Non-Invasive Measurement of Frog Skin Reflectivity in High Spatial Resolution Using a Dual Hyperspectral Approach”一文中，研究者采用了由兩個(gè)推掃式高光譜成像系統(tǒng)組成的雙攝像機(jī)設(shè)置，其產(chǎn)生400和2500nm之間的反射圖像，分析了三種樹(shù)棲青蛙的光譜反射率。3中樹(shù)蛙都呈現(xiàn)出肉眼可見(jiàn)的綠色，但物種之間的光譜反射率在700和1100nm之間顯著不同，依次可以區(qū)分不同種類(lèi)。

高光譜成像技術(shù)在文物考古的應(yīng)用案例

自1974年兵馬俑被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直為全關(guān)注，被法國(guó)總統(tǒng)希拉克譽(yù)為“第八大奇跡”。但是，包括兵馬俑在內(nèi)的這些埋于地下兩千多年的珍貴文物，突然暴露在空氣中，易發(fā)生變化，其修復(fù)和保護(hù)工作為困難。高光譜成像技術(shù)通過(guò)非接觸直接獲取兵馬俑的圖像光譜信息，通過(guò)分析兵馬俑的圖像及光譜信息，可了解兵馬俑被病害侵蝕程度以及兵馬俑制造的顏料，*后根據(jù)分析結(jié)果對(duì)其進(jìn)行模擬修復(fù)。

高光譜成像技術(shù)在作物的精細(xì)分類(lèi)和識(shí)別到應(yīng)用案例

高光譜數(shù)據(jù)能區(qū)分作物更細(xì)微的光譜差異，探測(cè)作物在更窄波譜范圍內(nèi)的變化，從而能夠準(zhǔn)確地對(duì)作物進(jìn)行詳細(xì)分類(lèi)與信息提取。目流行、應(yīng)用廣的高光譜作物分類(lèi)方法有光譜角分類(lèi)（SAM）、決策樹(shù)分層分類(lèi)等。

中科院遙感所熊楨基于高光譜影像對(duì)常州水稻生長(zhǎng)期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用混合決策樹(shù)法對(duì)水稻的品種進(jìn)行了高光譜圖像的精細(xì)分類(lèi)，包括6個(gè)水稻品種的劃分，分類(lèi)精度達(dá)到 94.9%。張兵充分考慮自然界地物分布的一般性規(guī)律，針對(duì)高光譜遙感海量數(shù)據(jù)的特征，利用光譜特征優(yōu)化的家決策分類(lèi)方法，用高光譜影像對(duì)日本南牧農(nóng)作物進(jìn)行精細(xì)分類(lèi)。結(jié)果表明，這種分類(lèi)模式一方面可以提高像元分類(lèi)精度，另一方面也大大減少了分類(lèi)結(jié)果圖像上的誤判噪聲。
高光譜成像技術(shù)在谷物檢測(cè)的應(yīng)用案例

我國(guó)是上大的糧食生產(chǎn)國(guó)，谷物類(lèi)包含水稻、小麥、玉米、花生等。通過(guò)高光譜成像技術(shù)對(duì)大米急性檢測(cè)，檢測(cè)質(zhì)量及種類(lèi)，得到大米高光譜圖像，以主成分分析方式，對(duì)圖像中的數(shù)據(jù)降維處理，提取堊白度及形狀特點(diǎn)，以PCA、BPNN建立谷物識(shí)別模型，發(fā)現(xiàn)采用BPNN模型效果較為理想，其準(zhǔn)確率達(dá)到89.91%，而PCA準(zhǔn)確率為89.18%，兩者相差不大。BPNN和數(shù)據(jù)融合結(jié)合，準(zhǔn)確率進(jìn)一步提高，可達(dá)到94.45%。因此，采用高光譜成像技術(shù)對(duì)谷物進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)大米種類(lèi)及質(zhì)量分析具有實(shí)用性。

高光譜成像技術(shù)在森林物種識(shí)別的應(yīng)用案例

森林樹(shù)種類(lèi)型識(shí)別的主要目的是提取森林樹(shù)種的題信息，為劃分森林類(lèi)型、繪制林相圖和清查森林資源提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

目研究多集中在河湖、鹽沼、海岸灘等濕地生境的植被識(shí)別及制圖，即群落尺度的區(qū)分。結(jié)合地面調(diào)查來(lái)提取不同物種典型的特征光譜曲線(xiàn)。數(shù)據(jù)源采用高光譜成像儀實(shí)地測(cè)得的數(shù)據(jù)，通過(guò)建立光譜信息模型等方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)主要物種、森林類(lèi)型或具體樹(shù)種的識(shí)別。有學(xué)者借此對(duì)植被空間分布制圖、植被變化監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究，均取得了與地面數(shù)據(jù)相當(dāng)好的一致性。（混合決策樹(shù)、家決策樹(shù)法常用于農(nóng)作物的精細(xì)分類(lèi)，高光譜更多應(yīng)用于草原生物量估算、農(nóng)作物理化信息提取等方面。