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一：試驗(yàn)?zāi)康模?/span>

    以雜草中的蟲(chóng)草為樣本，對(duì)樣品的400nm-1000nm波段的紅外光譜進(jìn)行分析,，獲取此波段的光譜信息,，為后期的分類(lèi)蟲(chóng)草檢測(cè)識(shí)別提供依據(jù)。

二：測(cè)試原理及方法：

    高光譜成像技術(shù)是近二十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的基于非常多窄波段的影像數(shù)據(jù)技術(shù),，其突出的應(yīng)用是遙感探測(cè)領(lǐng)域,，并在越來(lái)越多的民用領(lǐng)域有著更大的應(yīng)用前景。它集中了光學(xué),、光電子學(xué),、電子學(xué)、信息處理,、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù),，是傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起的一門(mén)新興技術(shù)。

    高光譜成像技術(shù)的定義是在多光譜成像的基礎(chǔ)上,，在紫外到近紅外（200-2500nm）的光譜范圍內(nèi),，利用成像光譜儀，在光譜覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)十或數(shù)百條光譜波段對(duì)目標(biāo)物體連續(xù)成像,。在獲得物體空間特征成像的同時(shí),，也獲得了被測(cè)物體的光譜信息。

目標(biāo)物體-成像物鏡-入射狹縫-準(zhǔn)直透鏡-PGP-聚焦透鏡-CCD棱鏡-光柵-棱鏡：PGP,。

光譜儀的光譜分辨率由狹縫的寬度和光學(xué)光譜儀產(chǎn)生的線性色散確定,。最小光譜分辨率是由光學(xué)系統(tǒng)的成像性能確定的（點(diǎn)擴(kuò)展大小）,。

    成像過(guò)程為：每次成一條線上的像后（X方向）,，在檢測(cè)系統(tǒng)輸送帶前進(jìn)的過(guò)程中，排列的探測(cè)器掃出一條帶狀軌跡從而完成縱向掃描（Y方向）,。綜合橫縱掃描信息就可以得到樣品的三維高光譜圖像數(shù)據(jù),。

利用GaiaField便攜式高光譜成像儀作為測(cè)試設(shè)備并配置光譜范圍在350nm-2500nm范圍的光源來(lái)完成數(shù)據(jù)的獲取。

圖 儀器設(shè)備

圖 像立方體

圖 RGB圖像（R:650nm G:550nm B：450nm）

首先對(duì)原始高光譜圖像進(jìn)行裁剪,，因在原始數(shù)據(jù)中有大量的冗余影像,，這些會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的分析帶來(lái)干擾，其次再對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲背景進(jìn)行扣除,，減少干擾信號(hào),，同時(shí)對(duì)非研究對(duì)象進(jìn)行剔除（比如說(shuō)在樣品中有一部分是泥土，它與植被的光譜圖像是有非常明顯的區(qū)別的,，所以首先將其排除掉）,。如下圖所示，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行背景扣除后的圖像,。

圖 扣除背景后的圖像

對(duì)扣除背景后的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（PCA）,，因高光譜圖像的各個(gè)波段之間經(jīng)常是高度相關(guān)的,，它們的DN值以及顯示出來(lái)的視覺(jué)效果往往很相似。主成分分析能夠去除波段之間的多余信息,、將波段的圖像信息壓縮到比原波段更為有效的少數(shù)幾個(gè)轉(zhuǎn)換波段的方法,。

圖 主成分分析結(jié)果

對(duì)經(jīng)過(guò)背景信號(hào)扣除后的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析之后，獲取其前8個(gè)PC狀態(tài)的圖像,。

經(jīng)過(guò)主成分分析,、光譜平滑等算法處理之后，能夠發(fā)現(xiàn)在主成分分析的1/6/7/8狀態(tài)下對(duì)蟲(chóng)草的分類(lèi)識(shí)別不是非常的精確,，而在主成分分析的2,、3、4,、5狀態(tài)下能夠很好的將蟲(chóng)草和其他非蟲(chóng)草類(lèi)的植被進(jìn)行分開(kāi),，測(cè)算精度非常高（在圖PC-2  PC-3  PC-4  PC-5中蟲(chóng)草顯示不同的顏色，這種顏色只是一個(gè)顏色顯示,，非蟲(chóng)草的本質(zhì)顏色,，只是為了區(qū)分區(qū)別）。

高光譜技術(shù)是將圖像和光譜結(jié)合在一起的一門(mén)新型成像技術(shù),，在成像的同時(shí),，能夠借助物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)光譜與其測(cè)試到的特征光譜進(jìn)行光譜匹配，這樣的話就能夠很快,、精準(zhǔn)的對(duì)所測(cè)試的對(duì)象進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別,。

圖 分類(lèi)識(shí)別出來(lái)的蟲(chóng)草樣本（藍(lán)色標(biāo)注）-PC3

圖 分類(lèi)識(shí)別出來(lái)的蟲(chóng)草樣本（紅色標(biāo)注）-PC5

圖 4根蟲(chóng)草樣本的平均光譜曲線（400nm-1000nm）

圖 4根蟲(chóng)草樣本的平均光譜曲線（1000nm-2500nm）

    因4根蟲(chóng)草表明由于光源照射的角度等因素影響，反射光譜被相機(jī)接收之后,，表現(xiàn)處理的特征光譜的反射率有高低之分,，但是4（根）種蟲(chóng)草的特征光譜的形狀是一致的。其他類(lèi)別的草劃分在一起,，不具備與4種蟲(chóng)草有相似的特征信息,，所以能夠從整個(gè)圖像中對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別和提取。

而其他雜草的光譜曲線起始和蟲(chóng)草的很相似,，這是因?yàn)樵?00nm-1000nm波段和在1000-2500nm波段,，雜草和蟲(chóng)草都表現(xiàn)出來(lái)植被的特征光譜信息。

圖 標(biāo)準(zhǔn)植被的特征光譜（草）-1000nm-2500nm

圖 標(biāo)準(zhǔn)植被的特征光譜（草）-400nm-2500nm

下圖中的紅色的線為雜草的光譜曲線,，與標(biāo)準(zhǔn)光譜對(duì)比非常相似。