1．什么是高光譜

成像光譜技術(shù)由分光計發(fā)展而來，它是一項新技術(shù)，又名高光譜成像技術(shù)，傳統(tǒng)的光譜分析技術(shù)只能做局部平均光譜分析，而高光譜能夠做到整幅圖的各個點光譜分析。成像光譜有凝視成像型、推帚型、擺掃型。它能夠在生成一副圖像的同時獲取這副圖像每個像素點的光譜信息，實現(xiàn)“圖譜合一”。高光譜獲取的光譜信息能夠包括圖像中任何一個像素點的光譜，而普通的地物光譜儀只能獲取測試地物的平均光譜，所以高光譜獲取的數(shù)據(jù)能夠跟準(zhǔn)確、精細(xì)地去分析被測地物。它的出現(xiàn)標(biāo)志著光學(xué)遙感進入了高光譜遙感階段，利用從高光譜數(shù)據(jù)反演的地物反射光譜特征，能研究地球表面物體的分類、物質(zhì)的成分、含量、存在狀態(tài)、空間分布及動態(tài)變化。

1．1光譜檢測法

隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，對美的追求也隨之提高。寶玉石以其具有獨特 的美學(xué)價值越來越受到人們的青睞。寶玉石文物不僅僅有著濃厚的藝術(shù)色彩，更有著無法估量的歷史價值。一些出土的文物中，會出現(xiàn)難于準(zhǔn)確區(qū)分類別的寶玉石材質(zhì)，快速準(zhǔn)確的進行類型識別顯得尤為重要。

寶玉石材質(zhì)的傳統(tǒng)鑒別主要有通過寶石放大鏡，寶石顯微鏡觀測的直接觀察法。這種方法不僅僅專業(yè)要求高，而且憑借經(jīng)驗得到的鑒定結(jié)果很少能有可靠地技術(shù)支撐，缺乏說服 力。另外，常用的分析儀器有拉曼光譜分析儀，紅外光譜分析儀以及Ｘ射線衍射分析儀，可以根據(jù)礦物的標(biāo)準(zhǔn)圖譜對未知礦物的組成進行分析。但由于這三種分析儀體積大，不便攜，因此只能在實驗室使用樣本進行分析。這不僅影響了寶玉石文物材質(zhì)識別的時效性，更加影響了文物完整性。高光譜技術(shù)是遙感技術(shù)與光譜技術(shù)的結(jié)合，可以獲取連續(xù)窄波段的光譜數(shù)據(jù)，在地面實驗中可以分為不成像的便攜式地物光譜儀和圖譜合一的成像光譜儀。通過使用便攜式地物光譜儀，可以獲得波段范圍在350-2500nm（可見光－近紅外－短波紅外波段）之間很窄的、完整的、近乎連續(xù)的光譜反射率數(shù)據(jù)，而這往往是開展成像光譜數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。便攜式地物光譜儀由于其體積小，便于在野外工作，并且測量速度快，操作簡單，因此提高了測量數(shù)據(jù)的速率，保證了測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量。除此之外，利用該光譜儀所需能量低，分析時間只需要幾秒鐘，無需任何化學(xué)試劑，不會對人體造成傷害。高光譜波段能準(zhǔn)確揭示寶玉石中基團分子振動的倍頻與合頻吸收信息，分析出關(guān)于化學(xué)鍵結(jié)合的振動特性等復(fù)雜結(jié)構(gòu)信息，對于寶玉石分析有非常大的潛力。目前，便攜式光譜儀已經(jīng)被用于不同年代青花料光譜特征分析、中國畫顏料成分分析等研究中，但關(guān)于不同種類寶玉石材質(zhì)的光譜特征分析還很不充分。

2.實驗內(nèi)容

運用便攜式高光譜對和田玉樣品進行光譜反射率測試。

實驗儀器：本次測試使用iSpecHyper-VS1000便攜式高光譜成像系統(tǒng)（圖2-1），其光譜范圍400-1000nm，光譜通道數(shù)300，空間通道數(shù)400（4像元合并），探測器為CMOS，視場角為22.6°@f=24mm以及99%標(biāo)準(zhǔn)反射率板。室內(nèi)模擬光源一套。圖2-2為實驗示意圖。圖2-3為實驗現(xiàn)場圖。

圖2-1 iSpecHyper-VS1000便攜式高光譜

圖2-2實驗示意圖

圖2-3實驗現(xiàn)場圖

2.1數(shù)據(jù)處理

在暗室環(huán)境，按圖搭建光路，光路不變的條件下，相機掃描樣品所在位置范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)，測量其400-1000nm光譜。圖2-4為實驗圖。

圖2-4實驗圖

ENVI軟件計算后光譜圖

圖2-5相對白參考光譜圖

1號位置相對反射率光譜圖 2號位置相對反射率光譜圖

3號位置相對反射率光譜圖 4號位置相對反射率光譜圖

5號位置相對反射率光譜圖 樣品中心相對反射率光譜圖

3.實驗結(jié)論

由樣品的5個位置的測試數(shù)據(jù)對比可以看出，樣品整體表面的反射光譜有所不同，可見光相機拍攝出較亮的位置，在450-1000nm波段的相對反射率平均在50%左右，可見光相機拍攝較暗的位置，在450-1000nm波段的相對反射率平均在40%左右。在可見光及后外波段的整體反射率較為平穩(wěn)，沒有特征峰值。根據(jù)文獻(xiàn)查詢，和田玉的光譜特征在短紅外到遠(yuǎn)紅外，因此要測得更準(zhǔn)確和田玉的光譜特征，可采用便攜式地物光譜儀iSpecField-NIR/WNIR進行反射率測試。圖3-1便攜式地物光譜儀iSpecField-NIR/WNIR。

圖3-1便攜式地物光譜儀iSpecField-NIR/WNIR

推薦：

便攜式地物光譜儀iSpecField-NIR/WNIR

專門用于野外遙感測量、土壤環(huán)境、礦物地質(zhì)勘探等領(lǐng)域的最新明星產(chǎn)品，由于其操作靈活、便攜方便、光譜測試速度快、光譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確是一款真正意義上便攜式地物光譜儀。

無人機機載高光譜成像系統(tǒng)iSpecHyper-VM100

一款基于小型多旋翼無人機機載高光譜成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)由高光譜成像相機、穩(wěn)定云臺、機載控制與數(shù)據(jù)采集模塊、機載供電模塊等部分組成。無人機機載高光譜成像系統(tǒng)通過獨特的內(nèi)置式或外部掃描和穩(wěn)定控制，有效地解決了在微型無人機搭載推掃式高光譜照相機時，由于振動引起的圖像質(zhì)量較差的問題，并具備較高的光譜分辨率和良好的成像性能。

便攜式高光譜成像系統(tǒng)iSpecHyper-VS1000

專門用于公安刑偵、物證鑒定、醫(yī)學(xué)醫(yī)療、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、礦物地質(zhì)勘探等領(lǐng)域的最新產(chǎn)品，主要優(yōu)勢具有體積小、幀率高、高光譜分辨率高、高像質(zhì)等性價比特點采用了透射光柵內(nèi)推掃原理高光譜成像，系統(tǒng)集成高性能數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)，高速USB3.0接口傳輸，全靶面高成像質(zhì)量光學(xué)設(shè)計，物鏡接口為標(biāo)準(zhǔn)C-Mount，可根據(jù)用戶需求更換物鏡。

審核編輯 黃宇