高光譜成像儀采集的三維數(shù)據(jù)塊能夠提供被檢樣品內(nèi)外部豐富的成分含量信息，但由于高光譜數(shù)據(jù)具有波段多、分辨率高、數(shù)據(jù)維度高、冗余性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此必須采取合適的的數(shù)學(xué)算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。本文對(duì)高光譜成像儀高光譜信息的提取與預(yù)處理方法做了介紹，對(duì)此感興趣的朋友可以了解一下！
高光譜成像儀高光譜信息的提取方法：
1.采集高光譜數(shù)據(jù)
采集高光譜圖像數(shù)據(jù)通過(guò)軟件平臺(tái)對(duì)相機(jī)曝光時(shí)間、成像分辨率、移動(dòng)平臺(tái)速度等系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，參數(shù)設(shè)置要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)具有合理性以保證采集的高光譜圖像清晰且不失真；
2.圖像校正
由于光源不均勻等和系統(tǒng)內(nèi)暗電流的影響，須要對(duì)高光譜圖像進(jìn)行白場(chǎng)和暗場(chǎng)校正。先掃描反射率為99%的標(biāo)準(zhǔn)白板得到全白的參考圖像Ac，然后采集全黑的參考圖像Bc，用下列公式對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行黑白標(biāo)定：
其中：Ac——全白的標(biāo)定圖像；Bc——全黑的標(biāo)定圖像；Rc——標(biāo)定后高光譜圖像。
3.光譜數(shù)據(jù)選取
采集到清晰高光譜圖像數(shù)據(jù)后，通過(guò)分析軟件對(duì)感興趣區(qū)域的光譜信息進(jìn)行提取，提取時(shí)對(duì)樣本中心高亮區(qū)域進(jìn)行規(guī)避，提取的像素點(diǎn)符合相應(yīng)的要求，取其算術(shù)平均值作為該樣本的光譜值，
高光譜成像儀高光譜信息的預(yù)處理方法：
由于背景干擾、和周?chē)s散光干擾、儀器響應(yīng)、震動(dòng)等多方面影響及樣本自身存在的差異性，采集到的高光譜圖像信息中不僅包含了與樣本化學(xué)結(jié)構(gòu)相關(guān)的有用信息，還摻雜了一些與樣本性質(zhì)無(wú)關(guān)的信息，這些無(wú)用信息會(huì)導(dǎo)致模型一定程度上的精度下降和未知樣本的預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確。在建模之前對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理，可以消除一些噪聲信號(hào)和改善預(yù)測(cè)模型的精度。不同的預(yù)處理方法其原理和對(duì)數(shù)據(jù)的修正效果均不同，下文主要介紹幾種常見(jiàn)方法：
1.卷積平滑法
該方法通過(guò)對(duì)移動(dòng)窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘擬合，然后進(jìn)行加權(quán)平均。一般平滑點(diǎn)數(shù)越大信噪比越高，但是平滑點(diǎn)數(shù)過(guò)高會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真。
2.導(dǎo)數(shù)處理
該方法可以增強(qiáng)光譜分辨率，克服相鄰波段譜帶重疊的影響，消除光譜采集過(guò)程中背景環(huán)境和基線(xiàn)漂移的干擾等。比如，噪聲中與光譜信息無(wú)關(guān)的漂移噪聲，可以用一階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行有效消除，與波譜線(xiàn)性相關(guān)的漂移，可以用二階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行有效消除。
3.多元散射校正
多元散射校正可以將散射介質(zhì)光譜中的物理光散射信息和化學(xué)光吸收信息分離，同時(shí)能消除顆粒大小不一產(chǎn)生的散射影響，增強(qiáng)光譜數(shù)據(jù)與理化指標(biāo)的相關(guān)程度。
4.標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換
標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換可以有效去除樣本表面散射顆粒大小和樣本曲面光程變化對(duì)光譜的影響。預(yù)先對(duì)將各樣本光譜的全波譜數(shù)據(jù)進(jìn)行假設(shè)，假設(shè)其均符合正態(tài)分布，然后根據(jù)假設(shè)進(jìn)行校正。
5.基線(xiàn)校正
在采集光譜的過(guò)程中，由于樣本自身的差異性和以其背景因素的影響，被測(cè)樣本的光譜圖中會(huì)出現(xiàn)吸收峰的偏移現(xiàn)象，為了消除這種偏移帶來(lái)的影響，保證模型的準(zhǔn)確性，需要對(duì)原始采集的光譜曲線(xiàn)進(jìn)行基線(xiàn)校正。
